Glissement moléculaire et instabilité de Plateau-Rayleigh sur microfibre

12/06/2015

Figure 1 – Instabilité de Plateau-Rayleigh d’un microfilm de polystyrène liquide sur une microfibre de verre de rayon 10 μm, au cours du temps t. La largeur totale de l’image est de 560 μm.

Le glissement à la frontière entre un solide et un liquide est un sujet d’intérêt majeur dans de nombreux domaines. Introduit pour la première fois par Navier en 1823, cet effet était encore d’ordre purement conceptuel il y a seulement quelques dizaines d’années. C’est l’avènement de la microfluidique d’une part, et de la physico-chimie des polymères d’autre part, qui permit de réaliser des expériences capables de détecter et mesurer le glissement moléculaire. La compréhension de ce phénomène est essentielle d’un point technologique, pour l’optimisation des dispositifs microfluidiques par exemple, mais également d’un point de vue fondamental puisque l’effet réside à la limite moléculaire des théories du continu.

Ce travail des chercheurs de l’UMR Gulliver propose une méthode novatrice permettant d’étudier et mesurer le glissement. Le dispositif est fondé sur une instabilité hydrodynamique bien connue : un film liquide revêtant une fibre cylindrique tend à évoluer vers une succession de gouttes afin de minimiser son énergie de surface. Il s’agit de l’instabilité de Plateau-Rayleigh. Les expériences conduites au sein de la collaboration internationale, par les équipes de Kari Dalnoki-Veress (McMaster University, Canada) et de Karin Jacobs (Universität des Saarlandes, Allemagne), consistent à suivre optiquement le développement de cette instabilité sur des microfibres différentes du point de vue de leurs propriétés de surface. Les micro-fibres en verre imposent une condition de non-glissement entre le solide et le liquide, alors que les microfibres préalablement revêtues de Téflon créent une condition de glissement. Les différences importantes observées dans la dynamique de l’instabilité sur ces deux types de fibres et l’accord des mesures avec une théorie hydrodynamique de films minces font de ce système un dispositif idéal de mesure du glissement.

Références

– Plateau, J. Experimental and theoretical steady state of liquids subjected to nothing but molecular forces. Gauthiers-Villars, Paris (1873).
– Rayleigh, F. On the instability of jets. Proc. London Math. Soc. s1-10, 4 (1878).
– Lauga, E. et al. Microfluidics : the no-slip boundary condition. Springer handbook
of experimental fluid mechanics, 1219-1240 (2007).
– Haefner, S. et al. Influence of slip on the Plateau-Rayleigh instability on a fibre.
Nature Communications, 6 7409 (2015).

Contact chercheurs

– Michael Benzaquen (http://www.pct.espci.fr/ mbenzaquen/)
– Thomas Salez (http://www.pct.espci.fr/ tsalez/)
– Elie Raphaël (http://www.pct.espci.fr/ elie/)


Article Nature

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