Étude d’une assemblée de bulles microfluidiques excitées par une onde ultrasonore : transmission acoustique et phénomène de streaming

Orateur : Soutenance de Thèse de Thomas COMBRIAT

Résumé : De par leur importante compressibilité et leur fréquence de résonance extrêmement basse, les bulles sont des objets physiques particuliers du point de vue de l’acoustique et de la mécanique des fluides. En utilisant la technique de la microfluidique afin de créer des assemblées de bulles bi-dimensionnelles, que nous excitons acoustiquement, nous étudions à la fois leur influence sur une onde sonore et sur le fluide présent à leur voisinage. Les bulles étant des résonateurs sub-longueur d’onde, nous montrons qu’une assemblée de micro-bulles va interagir avec une onde sonore dont la longueur d’onde est bien plus importante que la taille des bulles individuelles. En proposant une méthode pour extraire la contribution des bulles au signal acoustique, nous montrons que leur résonance suit une loi légèrement modifiée par rapport à celle proposée par Minnaert pour des bulles sphériques. L’impact d’un tel milieu sur la transmission acoustique est également étudié et une baisse de la transmission acoustique est observée dans une gamme de fréquence située au delà de la fréquence de résonance. Cette baisse de la transmission peut être ajustée à la fois en fréquence et en amplitude ce qui fait de ce système un méta-matériau adaptable dont les caractéristiques peuvent être facilement ajustées. Du fait de cette réponse forte aux ondes acoustiques, la surface des bulles oscille fortement dans le fluide environnant. Cette oscillation, couplée à une interaction entre les bulles, va produire un effet de streaming qui est capable de mettre en mouvement stationnaire le fluide environnant à des vitesses relativement élevées. Des systèmes comportant différents nombres de bulles sont étudiés et une théorie permettant de prédire les écoulements qu’ils produisent est proposée. L’étude de l’interaction entre ces écoulements de streaming et un écoulement extérieur est également abordée et a permis de montrer qu’il est possible de façonner des zones d’exclusion dans le fluide, permettant de piéger des particules ou des espèces chimiques.

Télécharger dans mon agenda