Quand :
8 novembre 2024 @ 14:00 – 18:00
2024-11-08T14:00:00+01:00
2024-11-08T18:00:00+01:00
Où :
Bâtiment Condorcet
Soutenance de Thèse. 08/11/2024, Vincent Gourmandie: "Acoustique et dynamique rapide d’interface : le cas de l’impact de gouttes sur un bain liquide" @ Bâtiment Condorcet

Vendredi 8 Novembre, 14h00, salle 454 A Bâtiment Condorcet, 10 rue Alice Domon et Léonie Duquet, 75013 Paris.

Soutenance de Vincent Gourmandie

Acoustique et dynamique rapide d’interface : le cas de l’impact de gouttes sur un bain liquide

Thèse dirigée par Caroline DEREC (MSC, DOMM, CNRS, Université Paris Cité), Valentin LEROY (MSC, DOMM, CNRS, Université Paris Cité) et co-encadrée par Juliette PIERRE (Institut d’Alembert, Sorbonne Université)

Résumé :

Une simple bulle d’air dans l’eau peut être responsable d’un fort signal acoustique qui, dans certaines conditions, peut être audible pour l’oreille humaine. C’est par exemple le cas du son que l’on entend, lorsqu’on jette un caillou dans l’eau. Pour tenter d’expliquer ce son, caractéristique du murmure des ruisseaux, Minnaert propose en 1933 un modèle d’oscillateur harmonique pour décrire les oscillations de la bulle. La première partie de cette thèse sera dédiée à l’étude de l’impact de gouttes sur un bain liquide, et des conditions sous lesquelles une bulle d’air peut être piégée suite à cet impact. S’il est connu que ce n’est pas tant l’impact de la goutte qui fait du bruit, mais bien l’oscillation la bulle qui est à l’origine du son « ploc » que l’on peut entendre, le mécanisme menant à son piégeage est bien moins compris. Un objectif de l’étude est de déterminer un modèle, permettant de prédire quand une bulle va être piégée. On s’intéressera à l’effet de la tension de surface du liquide sur le piégeage, peu étudié jusqu’à présent, en utilisant deux liquides différents : les mélanges d’eau et éthanol, et les solutions de molécules tensioactives. On verra que pour une même tension de surface, l’effet sur le piégeage peut être très différent : il peut disparaître pour le tensioactif, mais pas pour l’éthanol. Dans la seconde partie de la thèse, après un rappel théorique sur le modèle d’oscillateur harmonique, nous décrirons plus particulièrement l’amplitude du signal acoustique engendré par la bulle. Si la fréquence de ce signal a bien été étudiée depuis Minnaert, l’origine de son amplitude reste incomprise. On montrera qu’avec ce modèle, il est possible de lier l’amplitude du signal au mécanisme de formation de la bulle. La vitesse à laquelle le rayon de la bulle évolue au moment où elle se forme, apparaît notamment comme une donnée importante qui semble à l’origine de l’amplitude du signal acoustique.

Abstract:

A simple air bubble in water can be responsible for a strong acoustic signal that, under certain conditions, can be audible to the human ear. This is, for example, the case of the sound heard when a stone is thrown into the water. To explain this characteristic sound, reminiscent of the murmuring of streams, Minnaert proposed in 1933 a harmonic oscillator model to describe the oscillations of the bubble. The first part of this thesis is dedicated to studying the impact of droplets on a liquid bath and the conditions under which an air bubble can be trapped following this impact. It is known that it is not so much the impact of the droplet that makes the noise, but rather the oscillation of the bubble that is the source of the “plink” sound that can be heard. However, the mechanism leading to its entrapment is much less understood. One objective of this study is to determine a model that predicts when a bubble will be trapped. We will focus on the effect of the liquid’s surface tension on trapping, which has been little studied so far, using two different liquids : water-ethanol mixtures and surfactant solutions. We will see that for the same surface tension, the effect on trapping can be very different : it may disappear for the surfactant, but not for ethanol. In the second part of the thesis, after a theoretical review of the harmonic oscillator model, we will describe more specifically the amplitude of the acoustic signal generated by the bubble. While the frequency of this signal has been well studied since Minnaert, the origin of its amplitude remains misunderstood. We will show that with this model, it is possible to link the amplitude of the signal to the bubble formation mechanism. The speed at which the bubble’s radius evolves at the moment of its formation appears to be an important factor that seems to be the origin of the acoustic signal’s amplitude.