Ruisselement de gouttes
avec Bruno Andreotti, Jens Eggers, Nolwenn Le Grand, Laurent Limat, Ivo Peters, Emmanuelle Rio, Jacco Snoeijer, Howard Stone, Koen Winkels, …
Ces images montrent le champ de vitesse en surface de gouttes glissant sur un plan incliné (vers la droite), mesuré par suivi de particules. Dans l’image de gauche il s’agit d’une goutte ovale, à faible vitesse, alors que dans l’image de droite, à vitesse plus élevée, l’arrière de la goutte s’est déformé en pointe. Dans les deux cas les vitesses sont normales à la ligne de contact sur tout le pourtour de la goutte. Cela implique entre autres que la vitesse pertinente de mouillage ou de démouillage (sur la partie avant ou arrière de la goutte), qui sélectionne notamment l’angle de contact localement, est donnée par la projection de la vitesse de la goutte sur la normale à la ligne de contact (Rio et al., PRL 2005).
La vidéo ci-dessus montre une goutte d’huile silicone glissant à basse vitesse sur un substrat rendu partiellement mouillant par un enduit de fluoro-polymère. La partie gauche montre une vue du dessus, la partie droite une vue de côté (perpendiculaire à la direction du mouvement), à laquelle s’ajoute toutefois le reflet dans le substrat. La vue de côté montre que l’angle de contact est plus grand à l’avant qu’à l’arrière, mais la forme ovale de la goutte vue du dessus reste proche de la forme d’une goutte statique.
À une vitesse légèrement plus élevée l’arrière de la goutte devient cônique, et un gradient de courbure transverse remplace le gradient de courbure longitudinal en tant que moteur capillaire de l’écoulement. Cet écoulement possède une structure auto-similaire (Limat et al 2004, Le Grand et al 2005, Snoeijer et al 2005). Le sommet du cône est arrondi à une échelle qui dépend bien sûr de la vitesse de la goutte, mais qui s’avère de manière surprenant liée directement à une échelle microscopique de coupure, par exemple la longueur hydrodynamique de glissement (Peters et al 2009, Winkels et al 2011, Snoeijer et al 2011).
La goutte pointue ci-dessus glisse à une vitesse légèrement au dessus du seuil de perlage. La pointe se déstabilise et donne naissance à une suite de gouttelettes (que la goutte suivante ramasse sur son passage). L’apparition de la (quasi-)singularité en pointe à l’arrière de la goutte, et sa déstabilisation, sont une conséquence de la divergence des contraintes visqueuses au voisinage de la ligne de contact.
Les thèses suivantes décrivent nos expériences sur les gouttes plus en détail:
Last modified: 30 Jan 2016