Ecoulements de fluides complexes en géométries microfluidiques
Résumé
We develop optical measurements inside microchannels of varying geometries and perform new characterizations of different complex fluids of interest for enhanced oil recovery. Our work relies on a new pressure resistant microfabrication technique based on photocurable materials. We design first a lab on a chip to study polymer degradation under flow. Integration of a zone of extreme flows and a viscosimeter helps us to get a lot of data on the role of mass, concentration, chemistry and flow geometry. Thanks to local velocity measurements inside a microchannel, we are able to characterize the out of equilibrium phase of a semi-dilute wormlike micelles solution over more than one decade of shear rates and measure independently the slippage. Finally three dimensional imaging of the same flow reveals structures specific to shear-banding fluids: an amplified confinement effect and an interface instability. These observations compare to a theoretical model with good agreement.
Des mesures optiques en microcanaux permettent d'obtenir de nouvelles informations sur différents fluides complexes, en lien avec des procédés de récupération assistée du pétrole. Nos expériences reposent sur une méthode de microfabrication innovante en colle photoréticulable résistante en pression. Nous concevons un laboratoire sur puce pour l'étude de la dégradation des polymères sous écoulement. Intégrant une zone d'écoulement violent et un viscosimètre dans un même microsystème, nous caractérisons l'influence de la masse, de la concentration, de la chimie et de la géométrie. Par ailleurs, un système de vélocimétrie en microcanal nous permet de caractériser la rhéologie d'une phase hors équilibre de solutions semi-diluées de micelles géantes sur plus d'une décade de taux de cisaillements, mesurant indépendamment le glissement. Par des cartographies tridimensionnelles de cet écoulement, nous étudions ensuite l'apparition de structurations spécifiques à ces fluides à bandes de cisaillement: un effet de confinement amplifié et une instabilité d'interface, confrontés à un modèle théorique avec un accord quantitatif.