Déformations, manipulations et instabilités d'interfaces liquides induites par la pression de radiation d'une onde laser

Soutenue le 24 juin 2002 Après avis de : M. D. QUERE,Directeur de Recherche au CNRS, LPMC, Collège de France et M. P. TABELING, Directeur de Recherche au CNRS, Laboratoire de Physique Statistique, ENS Paris. Devant la commission d'examen formée de : M. A. DUCASSE, Professeur à l'Université Paris XI, Président M. B. POULIGNY, Directeur de Recherche au CNRS, Rapporteur M. I. BREVIK, Professeur à l'Université de Trondheim, Examinateurs M. D. QUERE, Directeur de Recherche au CNRS M. P. TABELING, Directeur de Recherche au CNRS M. V. TIKHONCHUK, Professeur à l'Université Bordeaux I M. J-P. DELVILLE, Chargé de Recherche au CNRSWe experimentally study the influence of the radiation pressure of a cw laser wave on a liquid interface. The use of near-critical phase-separated liquid mixtures allows us to observe directly micrometric stationary deformations. At the linear stage, i.e for moderate beam intensities, an universal scaling law for the height of the deformations is validated for both propagation directions of the laser beam with regard to the interface. For higher laser excitation a symmetry breaking of the interface deformations versus the direction of propagation is shown. Indeed we observe either the formation of finger (tethers) with large aspect ratio, or the break-up of the interface after an optohydrodynamical instability when the beam propagates from the highest refractive-index medium to the lowest, or inversely. Thereafter we take advantage of those facts to create and stabilize under laser field liquid bridges with aspect ratio far above the classical limit of the Rayleigh-Plateau instability. Thermocapillary deformations linked with the weak temperature rise induced by the laser beam are also analyzed in order to clearly distinguish them from the surface deformations driven by the radiation pressure.Ce travail est consacré à l'étude expérimentale des effets de la pression de radiation d'une onde laser continue sur une interface liquide. Les propriétés particulières du ménisque séparant deux phases liquides en coexistence au voisinage de leur point critique de démixtion nous ont permis de visualiser directement des déformations stationnaires d'interface de taille micrométrique. Au stade linéaire, i.e pour des intensités laser modérées, une loi d'échelle exprimant la hauteur des déformations a été validée, ceci pour les deux sens de propagation du faisceau relativement à l'interface. Pour des excitations laser plus élevées, une brisure de symétrie vis à vis du sens de propagation a été mise en évidence. On observe en effet la formation de doigts de grand rapport d'aspect, ou la brisure de l'interface suite à une instabilité optohydrodynamique, suivant que le faisceau se propage du milieu le moins réfringent au milieu le plus réfringent, ou inversement. Ces caractéristiques ont été exploitées pour créer et stabiliser sous champ laser des ponts liquides de rapports d'aspect bien supérieurs à la limite de l'instabilité de Rayleigh-Plateau des colonnes liquides. Les déformations thermocapillaires, engendrées par la faible élévation de température induite par le faisceau laser, ont également été caractérisées, afin de les distinguer sans ambiguité des déformations engendrées par la pression de radiation seule