Comportement d'un couple de bulles micrométriques sous excitation ultrasonore

Les microbulles de gaz sont des agents physiques permettant une redistribution dans leur voisinage de l’énergie ultrasonore. Dans des applications médicales ou industrielles, elles permettent entre autre la perméabilisation de membrane cellulaire, le nettoyage de surface, l’optimisation de réactions chimiques ... Ces bulles sont généralement rencontrées sous forme d’ensembles plus ou moins denses. Le comportement de ces groupes, ou nuages, de bulles est piloté par différentes interactions, acoustiques ou fluidiques. La compréhension d’un nuage de bulles nécessite d’étudier dans un premier temps un couple de bulles, considéré alors comme une brique élémentaire de ce nuage. Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour objectifs d’étudier les couplages acoustiques et fluidiques gouvernant le comportement d’un couple de bulles. Dans un premier temps, le comportement d’une bulle unique est étudié. Sous certaines conditions de taille et de pression acoustique, son interface peut osciller selon des modes non-sphériques. De telles déformations permettent la mise en place d’un écoulement lent et localisé autour des bulles : le microstreaming. Une nouvelle approche théorique, confrontée à des données expérimentales, montre que les motifs de l’écoulement induit varient en fonction de l’interaction modale prédominante, et peuvent permettre une action localisée (motifs en lobes confinés autour de la bulle) ou à plus grande échelle (motifs en croix). Dans un second temps, l’analyse est étendue à un couple de bulle. Pour cela un dispositif expérimental original est proposé, afin de piéger deux bulles à distance contrôlée, loin de toute frontière, dans une chambre acoustique résonante bi-fréquentielle. Ce dispositif permet de quantifier aussi bien la force de radiation secondaire à laquelle les bulles sont soumises, leurs déformations sphériques et non-sphériques, le couplage acoustique à l’échelle ultrasonore et les écoulements induits. Les travaux présentés ici montrent l’influence d’oscillations non-sphériques sur la force de radiation secondaire et la possible inversion de cette force pour des distances inter-bulles faibles. Pour une fréquence d’excitation donnée, le couplage acoustique est constructif ou destructif si les deux bulles du couple sont respectivement sous-résonantes ou sur-résonantes. Les oscillations non-sphériques sont sources d’un couplage significatif uniquement lorsque les deux bulles sont presque en contact. En revanche, les écoulements qui leurs sont associés peuvent interagir à plus grande échelle. Une quantification des contraintes générées dans le milieu par ces écoulements est réalisée, et semblent suffisantes pour induire l’ouverture temporaire de membranes biologiques.