Fast dynamic in liquid foams : drainage and vibrations experiments at the Plateau border scale

Description

I report an experimental study of inertial liquid reorganization into a liquid foam microchannel, also called a Plateau border supported by three soap films. Two perturbations are applied on the Plateau border. Firstly, a liquid drop is injected. Liquid viscosity, drop size and Plateau border size are changed. The liquid redistribution is drived by capillary forces. We observe an inertial regime where a capillary hydraulic jump move on the Plateau border with a constant shape and a constant velocity. This regime is modeled and shows the importance of soap films. We also observe a viscous-dominated regime where the added liquid is redistributed with a diffusive-like dynamic. The transition between the two regimes is investigated and qualitatively accounted for. Secondly, the Plateau border and the three films are vibrated by a plate. A bending wave is shown to propagate in the soap films with the Plateau border for free or fixed limit conditions according to its mass. For high amplitudes, a non linear regime appears and the liquid inside the Plateau border is redistributed along three zones of very contrasted size and oscillation amplitudes. In each zone, the phase difference between the wave in soap films and the wave in Plateau border is different. The system composed of films and the Plateau border is modelled by a forced oscillator with a resonance frequency which depends on the forced frequency.

Abstract (French)

Je reporte ici une étude expérimentale sur la réorganisation inertielle de liquide dans un microcanal, constitutif des mousses liquides, appelé le bord de Plateau qui est soutenu par trois films de savon. Deux perturbations sont appliquées sur un bord de Plateau. Premièrement, une goutte y est ajoutée. La viscosité du liquide et taille initiale du bord de Plateau et de la goutte sont variés. La redistribution du liquide ajouté est pilotée par les forces capillaires. On observe un régime inertiel où un ressaut hydraulique capillaire se déplace à vitesse et géométrie constantes dans le bord de Plateau. Ce régime est décrit théoriquement et révèle le rôle majeur joué par les films de savon. On observe aussi un régime dominé par les effets visqueux où le liquide ajouté est redistribué selon une dynamique de type diffusive. La transition entre les deux régimes dépend des paramètres de contrôle du système et est caractérisée. La seconde perturbation est acoustique. Une plaque vibrante perturbe le bord de Plateau et les films. La taille du bord de Plateau, la fréquence et l'amplitude de forçage sont variées. Une onde de flexion se propage dans les films qui ont le bord de Plateau pour condition limite fixe ou libre selon sa masse. A haute amplitude, un régime non linéaire apparaît et le liquide dans le bord de Plateau se réorganise en trois zones de taille et d'amplitude d'oscillation très contrastées. Dans chacune des zones, le déphasage entre l'onde dans le film et l'onde dans le bord de Plateau est différent. Le système couplé du film et du bord de Plateau est modélisé par un oscillateur forcé dont la fréquence propre dépend de la fréquence de forçage.

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