Modélisation de la déformation de systèmes diphasiques sous contraintes induites par des ondes électromagnétiques ou acoustiques

Abstract

Ces travaux sont consacrés à l'étude numérique de la déformation de système fluides diphasiques par des ondes acoustiques ou électromagnétiques. Dans ce but, nous avons développé et utilisé une méthode numérique basée sur la méthode des éléments de frontières afin de résoudre simultanément l'équation d'Helmholtz scalaire et l'équation de Stokes afin de considérer en même temps la propagation d’onde dans le système et l'hydrodynamique de celui-ci. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la déformation d’interfaces initialement planes par deux types de contraintes induites par la propagation d’ondes. La première est la force de diffusion, une force volumique générée par la propagation d’une onde électromagnétique dans des fluides turbides qui permet d’induire des écoulements permanents. Ces derniers exercent alors des contraintes visqueuses sur l’interface et peuvent mener à l’instabilité de cette dernière et à la formation de microjets. Ces microjets ont été caractérisés numériquement en termes de formes et de débits. Par la suite, nous nous sommes concentrés sur les contraintes de pression de radiation acoustique et optique exercée sur l’interface. Nous avons démontré numériquement qu’il existait une certaine universalité entre les déformations induites par des ondes acoustiques ou optiques et que ces dernières se comportaient comme des guides d’ondes parfaitement adaptés à l’onde les ayant induits. Dans un second temps, nous avons porté notre attention sur la déformation d’interfaces initialement sphériques comme des gouttes ou des liposomes par des systèmes de pinces optiques ou d’étireurs optiques. Dans le cas des gouttes, nous avons retrouvé des comportements similaires à ce que nous avions obtenu sur des interfaces planes soit un couplage entre leurs déformations et la propagation des ondes à l’intérieur de celles-ci. Nous avons de plus caractérisé numériquement pour la première fois la déformation de liposomes dans un étireur optique et avons comparé ces résultats à de récentes études expérimentales menées au laboratoire. Ces premières études sont prometteuses quant à la microrhéologie de gouttes liquides ou de systèmes biologiques.