Metasoft 2025 - Gelling non-Newtonian drops impacting on liquids

Porteur du projet : Anselmo PEREIRA et Loren JØRGENSEN

Établissements impliqués : ESPCI Paris - PSL et Mines Paris - PSL

Résumé du projet : 

L’impact de gouttes de fluides non newtoniens (comme des solutions polymères, des suspensions ou des émulsions) sur un liquide réactif est un phénomène encore peu étudié dans le domaine de la matière molle. Pourtant, il joue un rôle clé dans certains procédés industriels, comme la fabrication de billes de céramique ou de capsules aux formes complexes.

Dans ce type de situation, une goutte millimétrique contenant des polymères tombe dans un liquide. En traversant la surface, elle forme une cavité d’air qui se referme rapidement sous l’effet de la pression et de la tension de surface. Pendant que la goutte pénètre dans le liquide, des agents chimiques présents dans celui-ci diffusent dans la goutte, provoquant la formation d’une membrane gélifiée autour d’elle. Peu à peu, toute la goutte se transforme en un gel solide.

Ce processus est double : la goutte subit à la fois un changement chimique (la gélification) et une déformation mécanique (due à l’impact). Selon les conditions, cela donne naissance à des formes finales très variées : en poire, en chapeau, en bol, en capsule, etc.

Mais comme les fluides utilisés ont des comportements complexes et que les réactions chimiques sont encore mal comprises, il est difficile de prédire ou de maîtriser la forme finale de ces objets.

Ce projet vise à comprendre les mécanismes physiques qui contrôlent ce phénomène. Il étudiera en détail le lien entre l’impact de la goutte, la formation du gel et les propriétés mécaniques du matériau final, grâce à des expériences en laboratoire et à des simulations numériques. L’objectif est de développer un nouveau modèle permettant de mieux prédire le comportement de ces gouttes en couplant leurs propriétés mécaniques et leur évolution chimique.