Effet du flux et du confinement sur les auto-assemblages hydro-élastiques

Tandis que l’équilibre des structures élasto-capillaires a été expérimentalement et théoriquement bien étudié, le chemin vers cet état d’équilibre est moins connu. Cependant, une meilleure compréhension de l’auto-assemblage dynamique de telles structures permettrait de modéliser des systèmes plus complexes orientés vers l’industrie comme la rhéologie de matériaux renforcés, ou orientés vers la biologie comme l’auto-assemblage du fuseau mitotique. Dans cette thèse, nous présentons les effets du flux et du confinement sur les auto-assemblages fluide/fibre dans des puces microfluidiques. Dans un premier temps, nous présentons une manière de produire par photo-extrusion de minces rubans de géométrie contrôlée à l’échelle micrométrique ainsi que le modèle permettant d’estimer la longueur d’extrusion en fonction du temps d’exposition. Pour réaliser cela nous avons estimé la chute de pression ainsi que le débit de fluide induits par la présence d’une fibre en mouvement dans une géométrie à haut degré de confinement. Nous avons ensuite utilisé une analogie hydro-électrique combinée aux lois de Newton pour calculer la longueur d’extrusion du ruban en fonction du temps d’exposition et des pressions imposées dans le système. Nos prédictions théoriques représentent fidèlement nos mesures expérimentales. Dans une deuxième partie, nous présentons un phénomène qui émerge dans des paires goutte/fibre en présence d’un flux environnant. Nous montrons qu’une fibre partiellement immergée dans une goutte confinée en mouvement se rétracte à l’intérieur de la goutte parallèlement au flux environnant. La vitesse de rétraction peut être estimée en considérant les dissipations présentes dans les phases continue et disperse. De plus, nous montrons que la dynamique de rétraction est différente en fonction du sens de rétraction de la fibre comparativement à la direction du flux environnant, bien que la physique soit la même. Dans une perspective étendue, nous présentons nos travaux sur le flambage d’une fibre dans une puce microfluidique. Plus précisément, un mince ruban de grand rapport d’aspect est extrudé dans un jet microfluidique stable. Une grande variété de modes de flambage dépendant de la largeur du jet, de la restauration induite par les efforts de flexion et capillaires ainsi que des frottements visqueux le long du ruban est présentée.