Note publique d'information : Lorsqu'une émulsion est cisaillée, ses gouttes se déforment et si l'intensité du cisaillement
appliqué est suffisante, elles se fragmentent en plusieurs gouttelettes. Le travail
expérimental présenté dans ce mémoire est focalisé sur la fragmentation des émulsions
dans un écoulement de cisaillement simple. Les influences des paramètres physico-chimiques
suivants sont déterminées et analysées : temps de cisaillement, nombre capillaire,
histoire de l'écoulement, polydispersité de l'émulsion, gradient de cisaillement,
contrainte visqueuse, rapport des viscosités des phases interne et externe et équation
rhéologique d'état de l'émulsion. Ces différentes études mettent en évidence que la
fragmentation d'une émulsion polydisperse conduit quasi instantanément à une émulsion
calibrée lorsque le cisaillement imposé est intense et la taille initiale des gouttes
très grande devant la taille finale. Le scénario de fragmentation mis en jeu est le
suivant : les gouttes de l'émulsion initiale se déforment de façon à atteindre des
filaments de même rayon. Lorsque ce rayon critique est atteint, les filaments se fragmentent
en un grand nombre de petites gouttelettes de même taille (typiquement en une centaine
de gouttelettes) par le développement d'une même instabilité capillaire. Lorsque l'intensité
du cisaillement appliqué est plus faible ou lorsque la taille initiale des gouttes
est proche de la taille finale, les gouttes cassent en un petit nombre de gouttelettes
(typiquement en 3 gouttelettes). La fragmentation est lente dans ce cas. On a mis
en évidence l'existence d'un temps caractéristique de fragmentation très grand devant
la seconde. On pense qu'il résulte de la compétition entre la déformation des gouttes
et leur rétraction. Quelle que soit la cinétique de fragmentation, la taille finale
des gouttes est indépendante de la polydispersité initiale, de l'histoire de l'écoulement
et de l'équation rhéologique d'état de l'émulsion. Elle ne dépend essentiellement
que de la contrainte visqueuse mise en jeu. Les expériences révèlent par ailleurs
que pour fragmenter une émulsion, il suffit d'imposer une contrainte visqueuse qui
est dix fois plus faible que la pression de Laplace des gouttes. Toutefois, l'origine
microscopique de cette loi générale demeure obscure.
Note publique d'information : When an emulsion is sheared, its drops deform and if the intensity of the applied
shear is large enough, they break into several droplets. The present experimental
work focuses on fragmentation of emulsions in simple shear flow. The influences of
the following physicochemical parameters are determined and analysed: shear time,
capillary number, flow history, emulsion polydispersity, shear rate, viscous stress,
viscosity ratio of the internal and external phases and rheological behaviour of the
emulsion. These different studies reveal that the fragmentation of a polydisperse
emulsion leads quasi instantaneously to a monodisperse one when the shear flow is
intense enough and the initial size of the droplets much larger than the final one.
The mechanism of fragmentation in this case is the following: the drops of the initial
emulsion deform into thin liquid threads of the same radius. When this critical radius
is reached, the threads disrupt into several small droplets of the same size (typically
into a hundred droplets) via the development of the same capillary instability. When
the intensity _of the shear flow is lower or when the initial droplet size is near
the final one, drops break into few droplets (typically in 3 droplets). Fragmentation
is slower in this case. We show that there is a characteristic time of fragmentation
which is very larger than one second. We think that this time results from the competition
between the deformation of drops and their retraction. Whatever the kinetic, the final
droplet size is independent of the initial polydispersity, the flow history and the
rheological behaviour of the material. It essentially depends on the viscous stress.
Besides, experiences reveal that applying a viscous stress ten times lower than the
Laplace pressure of the droplets is sufficient to fragment an emulsion. However the
microscopic origin of this general law is still obscure.
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