Gravity wave turbulence revealed by horizontal vibrations of the container

We experimentally study the role of the forcing on gravity-capillary wave turbulence. Previous laboratory experiments using spatially localized forcing (vibrating blades) have shown that the frequency power-law exponent of the gravity wave spectrum depends on the forcing parameters. By horizontally vibrating the whole container, we observe a spectrum exponent that does not depend on the forcing parameters for both gravity and capillary regimes. This spatially extended forcing leads to a gravity spectrum exponent in better agreement with the theory than by using a spatially localized forcing. The role of the vessel shape has been also studied. Finally, the wave spectrum is found to scale linearly with the injected power for both regimes whatever the forcing type used

Viscosity and Stokes-Einstein relation in deeply supercooled water under pressure

We report measurements of the shear viscosity $\eta$ in water up to $150\,\mathrm{MPa}$ and down to $229.5\,\mathrm{K}$. This corresponds to more than $30\,\mathrm{K}$ supercooling below the melting line. The temperature dependence is non-Arrhenius at all pressures, but its functional form at $0.1\,\mathrm{MPa}$ is qualitatively different from that at all pressures above $20\,\mathrm{MPa}$. The pressure dependence is non-monotonic, with a pressure-induced decrease of viscosity by more than 50 % at low temperature. Combining our data with literature data on the self-diffusion coefficient $D_\mathrm{s}$ of water, we check the Stokes-Einstein relation which, based on hydrodynamics, predicts constancy of $D_\mathrm{s} \eta/T$, where $T$ is the temperature. The observed temperature and pressure dependence of $D_\mathrm{s} \eta/T$ is analogous to that obtained in simulations of a realistic water model. This analogy suggests that our data are compatible with the existence of a liquid-liquid critical point at positive pressure in water.Comment: 11 pages, 8 figures, 7 tables, 1 supplementary figure. Summary of main changes: the abstract and conclusion were modified, minor edits were made to all figures for clarity, one table and the supplementary figure were adde

Viscosité de l'eau fortement surfondue et violation de la relation de Stokes-Einstein (S17)

L'eau est un des liquides les plus familiers, mais aussi les plus anormaux. Dans la plupart des liquides loin de la transition vitreuse, la viscosité et le coefficient de diffusion moléculaire sont couplés par la relation de Stokes-Einstein. Dans l'eau, la viscosité se découple du coefficient de diffusion translationnel dès 20°C. Des simulations prédisent un lien avec une hypothétique transition de phase entre deux formes liquides distinctes de l'eau dans l'état surfondu. Alors que le coefficient de diffusion est très bien connu et tabulé dans l'eau surfondue, ce n'est pas le cas de la viscosité. Nous avons pu mesurer cette viscosité jusqu'à -34°C grâce à l'observation du mouvement brownien dans une solution colloïdale de sphères de polymère, en utilisant une technique de décorrélation d'images

Bistabilité d'une surface liquide induite par la pression de radiation acoustique et application à l'atténuation d'ondes capillaires

En focalisant une onde acoustique sur l'interface entre deux fluides, on déforme cette interface par pression de radiation. Si l'interface est totalement transparente, la déformation de l'interface croît linéairement avec l'énergie acoustique incidente. Si l'interface est totalement réfléchissante, l'onde acoustique est confinée dans la cavité limitée par la surface de l'émetteur et l'interface fluide, impliquant un comportement bistable de cette interface. Ceci se traduit par une hystérésis de la hauteur de la déformation en fonction de la fréquence ou de l'amplitude de l'onde incidente. Un modèle à une dimension d'un résonateur de Fabry-Pérot déformable permet de reproduire fidèlement ce comportement. Ce phénomène ouvre d'intéressantes perspectives en terme de contrôle d'interfaces, comme l'atténuation d'ondes capillaires par la cavité acoustique

Laser microfluidics: fluid actuation by light

The development of microfluidic devices is still hindered by the lack of robust fundamental building blocks that constitute any fluidic system. An attractive approach is optical actuation because light field interaction is contactless and dynamically reconfigurable, and solutions have been anticipated through the use of optical forces to manipulate microparticles in flows. Following the concept of an 'optical chip' advanced from the optical actuation of suspensions, we propose in this survey new routes to extend this concept to microfluidic two-phase flows. First, we investigate the destabilization of fluid interfaces by the optical radiation pressure and the formation of liquid jets. We analyze the droplet shedding from the jet tip and the continuous transport in laser-sustained liquid channels. In the second part, we investigate a dissipative light-flow interaction mechanism consisting in heating locally two immiscible fluids to produce thermocapillary stresses along their interface. This opto-capillary coupling is implemented in adequate microchannel geometries to manipulate two-phase flows and propose a contactless optical toolbox including valves, droplet sorters and switches, droplet dividers or droplet mergers. Finally, we discuss radiation pressure and opto-capillary effects in the context of the 'optical chip' where flows, channels and operating functions would all be performed optically on the same device

Déformations d'interfaces fluides par la pression de radiation acoustique

Nous avons étudié expérimentalement la statique et la dynamique des déformations d'interfaces fluides induites par la pression de radiation acoustique d'un faisceau focalisé. Deux situations expérimentales ont été plus particulièrement étudiées : R nous avons réalisé un travail de métrologie pour tester pour la première fois la validité de l'expression de la pression de radiation acoustique sur des interfaces acoustiquement transparentes. Ce test a nécessité de mettre au point une technique de mesure de tension interfaciale in situ et sans contact utilisant la pression de radiation acoustique et de modéliser précisément la dynamique de la déformation d'interface. R lorsque l'interface liquide est parfaitement réfléchissante, une cavité acoustique se forme entre l'interface et l'émetteur, qui induit un fort couplage entre la propagation des ondes ultrasonores et la déformation de l'interface. Nous avons montré que ce couplage donne lieu à des phénomènes d'hystérésis, d'atténuation d'ondes capillaires par rétroaction passive, et d'oscillations spontanées de l'interface liquide

Wave turbulence in a two-layer fluid: coupling between free surface and interface waves

International audienceWe experimentally study gravity-capillary wave turbulence on the interface between two immiscible fluids of close density with free upper surface. We locally measure the wave height at the interface between both fluids by means of a highly sensitive laser Doppler vibrometer. We show that the inertial range of the capillary wave turbulence regime is significantly extended when the upper fluid depth is increased: The crossover frequency between the gravity and capillary wave turbulence regimes is found to decrease whereas the dissipative cut-off frequency of the spectrum is found to increase. We explain these observations by the progressive decoupling between waves propagating at the interface and the ones at the free surface, using the full dispersion relation of gravity-capillary waves in a two-layer fluid of finite depths. The cut-off evolution is due to the disappearance of parasitic capillaries responsible for the main wave dissipation for a single fluid

Shear viscosity and Stokes-Einstein violation in supercooled light and heavy water

We report shear viscosity of heavy water supercooled $33\,\mathrm{K}$ below its melting point, revealing a 15-fold increase compared to room temperature. We also confirm our previous data for the viscosity of supercooled light water, and reach a better accuracy. Our measurements, based on the spontaneous Brownian motion of $350\,\mathrm{nm}$ spheres, disagree at the lowest temperature with the only other available data, based on Poiseuille flow in a narrow capillary, which may have been biased by electro-osmotic effects. The viscosity ratio between the two isotopes reaches 2.2 at the lowest temperature. A companion Letter [F. Caupin, P. Ragueneau, and B. Issenmann, arXiv:2112.09010] discusses this giant dynamic isotopic effect. Here we provide a detailed description of the experiment and its analysis. We review the literature data about dynamic properties of water (viscosity, self-diffusion coefficient, and rotational correlation time), discuss their temperature dependence and compare their decoupling in the two isotopes.Comment: 21 pages, 21 figures, 14 tables + supplemental material with 8 pages and 2 tables. Modified Fig. 19, added Sections V.D, V.E, and SM.

Viscosity of deeply supercooled water and its coupling to molecular diffusion

International audienc

Déformations d'interfaces fluides par la pression de radiation acoustique

Nous avons étudié expérimentalement la statique et la dynamique des déformations d'interfaces fluides par la pression de radiation acoustique d'un faisceau focalisé. Deux situations expérimentales ont été plus particulièrement étudiées : - Nous avons réalisé un travail de métrologie pour tester pour la première fois la validité de l'expression de la pression de radiation acoustique sur des interfaces acoustiquement transparentes. Ce test a nécessité de mettre au point une technique de mesure de tension interfaciale in situ et sans contact utilisant la pression de radiation acoustique et de modéliser précisément la dynamique de la déformation d'interface. -Lorsque l'interface liquide est parfaitement réfléchissante, une cavité acoustique se forme entre l'interface et l'émetteur, qui induit un fort couplage entre la propagation des ondes ultrasonores et la déformation de l'interface.BORDEAUX1-BU Sciences-Talence (335222101) / SudocSudocFranceF