Soutenance de Benjamin Monnet

Les écoulements multiphasiques (gaz/liquide/solide) sont présents dans de nombreux processus naturels et industriels. Malgré les nombreuses études sur ce sujet, sa physique riche et complexe soulève encore de nombreuses questions. Dans cette thèse, nous proposons de quantifier d’une part la remontée d’une bulle unique dans un milieu confiné et d’autre part, la vidange d’un réservoir. Dans les deux cas, nous étudierons et comparerons les fluides newtoniens et les suspensions. Tout d’abord, nous avons regardé la vitesse et la forme d’une bulle remontant à la verticale dans un liquide newtonien. Un modèle théorique quantifiant la vitesse des bulles pour toute viscosité a été développé et vérifié expérimentalement. De plus, il a été noté que la forme des bulles est caractéristique du régime dans lequel elles sont, avec des bulles allongées dans le sens de leur remontée dans le régime visqueux et aplaties perpendiculairement dans le régime inertiel. Étonnament, l’écoulement du fluide généré par les bulles change peu.

La suite du manuscrit porte sur l’étude de la remontée d’une bulle unique en géométrie inclinée par rapport à la gravité. La forme des bulles change peu et uniquement pour les géométries les plus confinées. Nous montrons que l’inclinaison induit des frottements supplémentaires et en proposons une modélisation théorique.

Nos travaux se sont ensuite focalisés sur la remontée de bulles dans des suspensions. Une méthode expérimentale permettant de visualiser les particules de cette dernière a été mise en place dans le but de déterminer expérimentalement la fraction volumique locale de grains. Enfin, nous nous sommes intéressés à la vidange d’un réservoir rempli d’un liquide newtonien ou d’une suspension. Dans le premier cas, la diminution du débit volumique et de la fréquence des bulles avec la viscosité a été caractérisée. Dans le second cas, deux régimes distincts ont été observés, l’un où la suspension s’écoule comme un liquide et l’autre où des particules émergent, ce qui a pour conséquence d’accélérer la vidange.