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Theses Year : 2011

Elasticity and Interfaces : droplets and wrinkles

Élasticité et Interfaces : des gouttes et des plis

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Abstract

This thesis is focused on the experimental study of the deformations generated by surface tension effects on flexible membranes. In the first part of our work we show experimentally how an electric field can be used to control the spontaneous wrapping of an elastic membrane around a water droplet. As the voltage is increased above a critical value the membrane unfolds completely. This transition is reversible, although it presents hysteresis. We propose scaling laws for the opening and closing critical voltages based on the interaction between surface tension, elastic and electric energies. In the second part we study the wrinkling of a flexible annulus floating on water caused by a difference in surface tension between its inside and outside edges. We have estimated simple criteria to determine the buckling threshold of the annulus and the wave length of the wrinkles, as well as the evolution of the wrinkle length beyond threshold. Finally, in the last part of our work we study the morphology of the wrinkling cascades appearing in different systems where a certain wave length is imposed at one of its edges and which evolves as a consequence of the discrete coalescence of wrinkle. We performed macrosco- pic experiments to characterize the properties of this cascades. We notice the existence of two different regimes which depend on the importance of the axial tension applied on the membrane. Our scaling laws are validated from hundreds of nanometers for graphene sheets to meters for ordinary curtains, which shows the universality of our description.
Cette thèse porte sur l' ́etude expérimentale des déformations générées par la tension de surface de certains liquides sur des membranes flexibles. Dans une première partie, nous montrons expérimentalement qu'il est possible de contrôler l'enrobage spontané d'une membrane flexible autour d'une goutte d'eau 'a l'aide d'un champ ́electrique. Si la tension augmente au delà d'une valeur critique la membrane s'ouvre. Cette transition est réversible, mais inclus une forte hystérésis. Nous proposons des lois d' ́echelle pour les tensions critiques d'ouverture et fermeture basées sur l'interaction des ́energies de tension de surface, ́elastique et du champ ́electrique. Dans la deuxième partie nous ́etudions les rides générées par la différence de tension de surface entre l'intérieur et l'extérieur de une couronne flexible flottant à la surface de l'eau. Nous avons estimé des critères simplifiés pour le seuil de flambage de la couronne et la longueur d'onde des plis, et nous avons ́egalement d ́etermin ́e l' ́evolution de la longueur des plis au delà du seuil. Dans la dernière partie de la thèse, nous ́etudions la morphologie de cascades de plis qui apparaissent dans différents systèmes lorsqu'une longueur d'onde est imposée sur une frontière, et ́evolue à la suite d' ́evénements discrets successifs de coalescence de plis. Des expériences ma- croscopiques nous permettent de caractériser les propriétés de ces cascades. Nous avons distingué deux régimes différents selon l'importance de la tension axiale. Nous avons vérifié que nos lois d'échelle permettent de décrire aussi bien des rideaux en tissu de plusieurs mètres de haut que des feuilles de graphène d'épaisseur atomique.
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Dates and versions

pastel-00712635 , version 1 (27-06-2012)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00712635 , version 1

Cite

Miguel Pineirua. Élasticité et Interfaces : des gouttes et des plis. Mécanique des solides [physics.class-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2011. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00712635⟩
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