| Rôle de la solubilité des tensioactifs sur la dynamique de gouttes en microfluidique (Role of surfactant solubility on droplet dynamics in microfluidics) JANNIN, LUCAS - (2025-10-22) / Université de Rennes - Rôle de la solubilité des tensioactifs sur la dynamique de gouttes en microfluidique
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Langue : Français Directeur(s) de thèse: JULLIEN, MARIE-CAROLINE Discipline : Physique Laboratoire : Institut de Physique de Rennes Ecole Doctorale : S3M Classification : Physique Mots-clés : microfluidique, gouttes, tensioactifs, solubilité, film de lubrification, mobilité
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Résumé : Ce manuscrit porte sur la dynamique de gouttes pancake en microfluidique et sur l’effet de la solubilité des tensioactifs, dont l’influence est critique sur la mobilité des gouttes. Suite à l’observation expérimentale d’une mobilité décroissante avec le rayon pour certains tensioactifs, à l’inverse des modèles classiques, nous avons conduit une étude systématique sur des tensioactifs dont la solubilité varie avec la longueur de la chaîne carbonée. Grâce à un dispositif expérimental combinant mesures de vitesse et d’épaisseur de film par interférométrie, nous avons observé deux régimes : pour des chaînes < 12 carbones (solubles), la mobilité croît avec le rayon, en accord avec la littérature. Pour ≥ 12 carbones (peu solubles), elle décroît. Nous avons proposé un modèle considérant un écoulement interfacial de type chenille de tank, basé sur la conservation du flux de tensioactifs à l’interface, expliquant les résultats et bornant la mobilité entre deux limites sans paramètre d’ajustement : interface incompressible et stress−free. Une seconde étude sur le profil d’épaisseur du film de lubrification confirme ce modèle pour les tensioactifs peu solubles. Pour les tensioactifs solubles, un épaississement local à l’arrière, dû à une accumulation de tensioactifs, est observé. Un modèle de transport interfacial 2D a alors été développé, en accord avec les observations. Ces travaux ouvrent des perspectives sur le rôle de la phase dispersée (viscosité, solubilisation du tensioactif). Des études complémentaires avec des huiles de viscosités variées et différents tensioactifs permettraient d’isoler ces effets. Abstract : This manuscript focuses on the dynamics of pancake-shaped droplets in microfluidic systems and the effect of surfactant solubility, which has a critical influence on droplet mobility. Following the experimental observation of a decreasing mobility with the radius for certain surfactants, contrary to classical models, we conducted a systematic study on surfactants whose solubility varies with the carbon chain length. Using an experimental setup combining velocity and film thickness measurements by interferometry, we observed two regimes: for chains shorter than 12 carbons (soluble), the mobility increases with the radius, in qualitative agreement with the literature. For ≥ 12 carbons (poorly soluble), it decreases. We then proposed a model based on a tank-treading motion of the interfacial flow, and on the conservation of surfactant flux at the interface. This model explains the results and bounds the mobility between two limits without adjustable parameters: incompressible and stress-free interfaces. A second study on the thickness profile of the lubrication film confirmed this model for poorly soluble surfactants. For soluble surfactants, a local thickening is observed at the rear due to surfactant accumulation. A 2D interfacial transport model was then developed, consistent with the observations. These results open perspectives on the role of the dispersed phase (viscosity, surfactant solubilization). Further studies with oils of different viscosities and various surfactants would help isolate these effects. | |||