Etude de l'Interaction Polymère-Ecoulement

De faibles quantités de polymères flexibles de haut poids moléculaire induisent des effets significatifs sur les propriétés d'écoulement de fluides. Cette thèse présente une étude expérimentale détaillée de l'interaction Polymère -Ecoulement dans deux situations modèles : La première se focalise sur un processus singulier : le détachement d'une goutte d'un capillaire. Le caractère purement élongationnel que présente l'approche du point de rupture, permet de mettre en évidence une inhibition abrupte de cette singularité en temps fini. Ceci donne lieu, lorsque les taux d'élongation sont de l'ordre de l'inverse du temps de relaxation des polymères, à la formation de filaments s'amicissant exponentiellement et qui sont associés à des viscosités élongationnelles non stationnaires extrêmement importantes. La seconde expérience quant à elle, utilise des films de savon afin de générer un écoulement quasi-bidimensionnel turbulent. La présence de polymères induit alors une suppression des transferts d'énergie vers les grandes échelles par le biais d'une réduction des forts taux d'élongation présents dans l'écoulement. La dynamique des fluctuations d'épaisseur du film qui joue le rôle d'un scalaire passif de l'écoulement se trouve également profondément modifiée. Mots-Clés : Physique des Polymères, Instabilité interfaciale, Singularités en temps fini, Rhéologie, Viscosité élongationnelle Turbulence bidimensionnelle, Films de savon, Réduction de Traînée turbulente, Scalaire passif.Minute amounts of a high molecular weight flexible polymer lead to drastic changes in the flow properties of liquids. This thesis presents a detailed experimental study of the Polymer - Flow Interaction in two idealized situations : When a drop of fluid detaches from a capillary, singular behavior ensues. Very small amounts of polymer inhibit this singularity in an abrupt way and give rise, after a period of self-similar dynamics as for simple liquids, to longlived cylindrical necks or filaments which thin exponentially in time. This abrupt change occurs when the elongation rates become comparable to the inverse of the polymer relaxation time leading to a large elongational viscosity of the dilute polymer solution. Polymers affect two dimensional turbulence, generated in rapidly flowing soap films, in unexpected ways. Their presence inhibits the transfers of energy to large scales, causing their suppression in the energy density spectrum, through a reduction of large elongation rates. This also leads to the change of the spectral properties of a passive scalar (the soap film thickness field) which turns out to be highly sensitive to the presence of energy transfers. Keywords : Polymer physics, Interfacial Instabilities, Finite time singularities, Rheology, Extensional viscosity, Two dimensional turbulence, Soap films, Drag reduction, Passive scalar