L’impact de goutte de fluides à la loupe

Le processus d’impact de goutte se rencontre tant dans des applications industrielles variées que dans notre vie quotidienne. Une goutte de pluie sur une vitre, une goutte de peinture pulvérisée, une goutte d’encre éjectée d’une imprimante jet d’encre… mettent en jeu divers phénomènes physiques surprenants dépendant de la vitesse d’impact, du support impacté et de la nature du fluide. Maîtriser la forme finale de la goutte s’avère alors d’une importance capitale. Lors de l’impact, la goutte peut se rompre créant ainsi des petites gouttelettes et des éclaboussures, elle peut aussi rebondir sur le support ou encore, après étalement, se rétracter… Pour minimiser ces instabilités, il est possible d’agir sur les propriétés intrinsèques des fluides en introduisant notamment un seuil d’écoulement.

Afin de mieux cerner ces phénomènes, Alireza Saidi a préparé et soutenu une thèse de doctorat de Grenoble INP, spécialité Mécanique des fluides, Énergétique, Procédés, à Grenoble INP-Pagora, École internationale du papier, de la communication imprimée et des biomatériaux. Cette thèse « Impact de goutte de fluides à seuil » a été préparée conjointement dans le laboratoire de Rhéologie et le laboratoire LGP2 sous la direction d’Albert Magnin, Directeur de recherche du CNRS, et de Céline Martin, Maître de conférences de Grenoble INP-Pagora.

Dans cette étude, des gouttes millimétriques ont été générées sous leur propre poids au travers d’un capillaire. Leur comportement dynamique a été visualisé et caractérisé depuis la formation jusqu’à l’équilibre après l’impact et ce, sur une large gamme de vitesse d’impact. Juste avant l’impact, les gouttes perdent leur forme sphérique quand le seuil d’écoulement augmente. Elles deviennent alors de plus en plus allongées. Ainsi, dans des régimes à faible inertie, elles s’affaissent lors de l’impact, sous l’effet de la pression hydrostatique. Cette phase d’affaissement est gouvernée majoritairement par les propriétés d’interface du substrat. Dans des régimes à forte inertie, l’augmentation du seuil d’écoulement et des propriétés visqueuses du fluide inhibe les phases d’étalement inertiel et de retrait. Par ailleurs, les données expérimentales ont été corrélées avec des données théoriques issues de modèles d’impact de gouttes de fluides élasto-viscoplastiques, mettant en évidence l’implication des deux mécanismes à la fois visqueux et élastique dans le processus d’impact.