Complex fluids dripped into a liquid bath : impact, relaxation and gelation dynamics

Gouttes de fluides complexes tombant dans un bain liquide : impact, relaxation et gélification Faire tomber des gouttes de solution d'alginate dans un bain d'ions calcium est une technique robuste pour produire des billes gélifiées, dont les applications fleurissent dans de nombreux domaines. Ce procédé de dripping repose sur la réticulation électrostatique des chaînes d'alginate par les ions calcium, donnant naissance à un gel physique rigide. Les nombres de Reynolds et de Weber, caractérisant la compétition entre les forces d'inertie, de dissipation visqueuse et de tension de surface, sont connus pour influencer la forme finale des billes. En effet, l'énergie cinétique tend à favoriser l'étalement des gouttes à l'impact, alors que la viscosité et la tension de surface de la goutte tendent à limiter cette déformation.Cependant, il y a très peu d'étude sur la dynamique de déformation de gouttes impactant un bain liquide. Dans ces travaux, nous utilisons une caméra rapide afin d'étudier l'évolution de la forme de gouttes de suspensions alginate-céramique impactant un bain d'ions calcium. Nous observons tout d'abord que la goutte s'étale à l'impact, puis relaxe vers une forme plus sphérique au fur et à mesure de sa gélification dans le bain.Comme attendu, l'élongation maximale des gouttes est d'autant plus grande que la vitesse d'impact est importante et que la viscosité de la goutte est faible. L'effet de la concentration en calcium dans le bain est moins intuitive. Lorsque celle-ci augmente, la déformation maximale de la goutte à l'impact décroît et sa relaxation vers une forme sphérique est plus rapide. Nous montrons la gélification de la goutte s'accompagne d'un phénomène de synérèse : la surface extérieure de la goutte commence à gélifier et se contracte en expulsant de l'eau. Par conséquent, cette membrane de gel est sous tension élastique, ce qui entraîne la relaxation de la capsule. Nous identifions également les freins de cette relaxation, expliquant pourquoi les billes s'arrêtent de relaxer avant d'atteindre la sphère parfaite et avant d'être totalement gélifiée.