Pinch-off in the presence of surface-active polymers

International audienceThe rupture of fluid necks in a surrounding liquid in the presence of surface-active polymers shows a variety of changes with respect to the pure-fluid case. The role of the surface rheology due solely to the presence of such agents at the surface is uncovered by studying how the fluid neck radius approaches zero at pinch-off. The thinning dynamics of the neck turn out to be exponential in time. The thinning rate extracted from this dynamics is related to the surface viscosity of the polymer layer coating the interface and estimates of this quantity are presented

Drag Coefficient for a Circular Obstacle in a Quasi-Two-Dimensional Dilute Supersonic Granular Flow

International audienceThe measurement of the drag coefficient of a dilute granular flow around a cylinder is carried out over a wide range of Knudsen numbers. The variation of this coefficient shows a smooth transition from a freely falling grains regime to a continuous flow regime. This is reminiscent of the behavior of gases in the supersonic regime. This transition is accompanied by remarkable changes of the density and velocity profiles near the cylinder. A simple model is proposed for the transition regime which is in agreement with the experimental measurements

Unstable blast shocks in dilute granular flows

International audienceShocks and blasts can be readily obtained in granular flows be they dense or dilute. Here, by examining the propagation of a blast shock in a dilute granular flow, we show that such a front is unstable with respect to transverse variations of the density of grains. This instability has a well-defined wavelength which depends on the density of the medium and has an amplitude which grows as an exponential of the distance traveled. These features can be understood using a simple model for the shock front, including dissipation which is inherent to granular flows. While this instability bears much resemblance to that anticipated in gases, it is distinct and has special features we discuss here

Galloping instability and control of a rigid pendulum in a flowing soap film

International audienceA pendulum suspended in a fast flowing soap film may show sustained oscillations. The conditions necessary for self excited motion to occur are outlined: a flow velocity above a threshold value along with geometrical constraints. The role of vortex shedding is discussed, and the observed instability is shown to be well described by the galloping instability. Experimental results are supported by numerical simulations. Furthermore, we observe that the instability may be suppressed by attaching a long enough filament to the rear of the pendulum

High-Reynolds-number turbulence in complex fluids

International audienceWe here examine the structure of turbulence in the case of a complex fluid made up of water and surfactants. This fluid has the particular property of shear thickening when driven at shear rates above a certain threshold. Through a study of the spectral properties and the structure function scalings, important differences arise with respect to the reference case, i.e., water. The surfactant solution shows strong intermittency at small scales. The large scales are, on the other hand, free of intermittency. While this transition is observed in the structure function scalings, no sign of this transition is seen in the power spectrum of velocity fluctuations which shows a single scaling range. The strongly intermittent small-scale region, despite the scaling of the power spectrum, exhibits properties reminiscent of the near-dissipative range

Shock Front Width and Structure in Supersonic Granular Flows

International audienceThe full structure of a shock front around a blunt body in a quasi-two-dimensional granular flow is studied. Two features, a large density gradient and a very small thickness of the front, characterize this shock and make it different from shocks in molecular gases. Both of these features can be understood using a modified version of the granular kinetic theory. Our model separates the particles into two subpopulations: fast particles having experienced no collisions and randomly moving particles. This separation is motivated by direct measurements of the particle velocities which show a bimodal distribution. Our results not only shed new light on the use of the granular kinetic theory under extreme conditions (shock formation) but bring new insight into the physics of shocks in general

Cyclones dans une bulle de savon

L'étude des écoulements turbulents bidimensionnels sur une sphère en rotation peut constituer une première étape dans la compréhension des écoulements de l'atmosphère ou du manteau terrestre. Les écoulements de l'atmosphère et du manteau terrestre sont turbulents influencés par la rotation de la terre et la convection thermique y joue un rôle important. Le système modèle que nous proposons ici est constitué d'une demi bulle de savon dont la base repose sur le bord d'un canal circulaire chauffé, d'une dizaine de centimètres de diamètre. La température inférieure de l'air ambiant est contrôlée indépendamment. L'équateur de la demi bulle est donc plus chaud que le pôle. La convection thermique engendre dans le film de la demi bulle un écoulement turbulent constitué de plumes de convection. Les plumes de convection peuvent donner naissance à des vortex cohérents. La trajectoire et l'intensité constituent les deux volets de l'étude de ces vortex. La trajectoire du centre de ces vortex est régie par une loi de puissance du déplacement quadratique moyen au cours du temps. Cette loi est valide de façon statistique pour les cyclones terrestres. Elle permet une prévision simple de leur trajectoire assortie de leur cône d'incertitude, nécessitant peu de puissance de calcul. L'intensité d'un vortex peut être caractérisée si on connaît son champs de vitesse. L'ensemencement du film de savon pour faire de la vélocimétrie par image de particules est problématique. Pour caractériser l'intensité d'un vortex dans le cas de la demi bulle de savon, la méthode que nous avons utilisée est la mesure de la vitesse lagrangienne par suivi de particules de fluide tournant dans le vortex. Les premiers résultats indiquent des oscillations de la vitesse d'une particule en lien avec la nature elliptique de sa trajectoire. Le mouvement trochoïdal observé au cours d'une phase d'intensification des cyclones terrestres est également observé sur quelques vortex de la bulle de savon. Les effets de la rotation sur les propriétés de ces vortex seront discutés

Large velocity fluctuations in small-Reynolds-number pipe flow of polymer solutions

International audienceThe flow of polymer solutions is examined in a flow geometry where a jet is used to inject the viscoelastic solution into a cylindrical tube.We show that this geometry allows for the generation of a "turbulentlike" flow at very low Reynolds numbers with a fluctuation level which can be as high as 30%. The fluctuations increase with an increase in solution polymer concentration and flow velocity. The turbulent fluctuations decay downstream for small flow velocities but persist for high velocities. The statistical properties of the generated fluctuations indicate that this turbulentlike flow is different from previously studied flows displaying elastic turbulence and shows a direct cascade of energy to small scales with practically no intermittency

Conformations des molécules de polymères lors de la rupture d une goutte de solution de polymères

Les solutions de polymères de grand poids moléculaires sont des fluides modèles qui présentent des comportements non newtonien comme la rhéo-fluidification ou la visco-élasticité. Il existe de nombreuses techniques expérimentales permettant d'étudier ces fluides sous cisaillement. En revanche les réalisations d'écoulements élongationnels sont plus rares. Notre étude a pour but de faire le lien entre les propriétés microscopique et macroscopique d'une solution de polymères dans un écoulement élongationnel pur qui se met en place lors de la rupture d'une goutte. Dans notre expérience nous étudions le pincement d'une solution diluée de polymère dans un micro-canal dont la géométrie est de type « coflow ». La forme de l'interface entre l'huile et la solution de polymères est déterminée à partir d'images filmées à haute cadence. Le champ de vitesse au cours du temps est déterminé par le suivi de particules. Par ailleurs la solution de polymères est ensemencée avec des polymères fluorescents afin d'observer les conformations de ces polymères au cours de la rupture. Comme attendu, lorsque le régime exponentielle est établi, les polymères sont étirés. En revanche la distribution des longueurs des polymères reste constante au cours du processus d'amincissement exponentiel. Ces observations sont inattendues. Par conséquent, la balance des forces dans le cou liquide doit être réexaminée en détail afin d'établir le lien entre les conformations microscopiques des polymères et les propriétés macroscopiques du liquide comme la viscosité élongationnelle par exemple

Explosion granulaire

Dans la grande thématique des milieux granulaires, nous avons choisi d'étudier la réponse de ce type milieu à un choc ponctuel important : une explosion granulaire. Plus précisément, nous nous intéressons à la dynamique de croissance du rayon de l'explosion dans un milieu granulaire. Cette explosion générant une onde de choc, nous avons utilisé une expérience modèle pour comprendre la structure d'une onde de choc granulaire. Dans notre expérience modèle, l'onde de choc est générée par l'écoulement d'un milieu granulaire peu dense sur un obstacle xe. Dans les gaz, il existe des équations raccordant l'état du milieu avant et après une onde de choc : les équations de Rankine-Hugoniot, indispensables pour décrire une explosion gazeuse. Nous avons montré à partir d'un modèle et des expériences qu'il était possible d'appliquer ces équations à un milieu granulaire malgré son caractère hautement dissipatif. Cette connaissance des conditions de raccord dans une onde de choc est essentielle à la compréhension de la dynamique de croissance du rayon de l'explosion dans un milieu granulaire. Nous présentons ici les premiers résultats obtenus sur l'étude d'une onde de choc granulair