Acoustique et matière molle

En mesurant la vitesse et l’atténuation du son dans un liquide bulleux, on peut caractériser les bulles présentes (fraction volumique d’air, taille typique). Une méthode acoustique offre l’avantage de pouvoir s’appliquer dans les milieux opaques, et permet un suivi en temps réel.

Référence : “Time-Resolved Ultrasonic Spectroscopy for Bubbles”, Valentin Leroy, Anatoliy Strybulevych, Tomohisa Norisuye, AIChE Journal (2017)

Les ultrasons permettent le suivi en temps réel de l’aération d’une huile lubrifiante entrainée par un pignon en rotation. On montre que la formulation de l’huile a un impact important sur la quantité de bulles entrainées, mais également sur la taille de ces bulles, ce qui explique notamment les différences de temps de désaération observés dans les études précédentes.

Référence : “Detailed characterization of aeration in lubricating oils by an ultrasonic approach“, Che Zhan, A. Saint-Jalmes, M. Receveur, H. El Bahi, F. Rondelez, V. Leroy, Tribology International (2022).

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Lorqu’une surface superhydrophobe est immergée, une couche d’air de quelques microns est piégée. Nous avons étudié la réponse de cette bulle très aplatie à des impulsions acoustiques allant du simple écho jusqu’à la cavitation en augmentant l’intensité.

Référence : “Acoustic responses of underwater superhydrophobic surfaces subjected to an intense pulse“, Adrien Bussonnière, Qingxia Chad Liu, Peichun Amy Tsai, JFM 2023

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L’existence de bulles sub-microniques très stables a été rapportée, alors que la théorie prédit une dissolution en quelques milli-secondes. Les expériences reposent généralement sur le contraste optique entre les nanobulles et le liquide, ce qui ouvre la possibilité que les nano-objets repérés ne soient pas gazeux, mais issus de contaminations solides ou liquides. Nous avons proposé d’utiliser une méthode acoustique, sensible au contraste mécanique.

Référence : “Investigating the existence of nanobubbles with ultrasound“, V. Leroy and T. Norisuye, ChemPhysChem (2016)

La cavitation hétérogène s’appuie sur des micro/nanobulles piégées dans des défauts et appelées nucléi. Ces bulles étaient jusqu’alors supposées apparaitre lors de l’immersion des surfaces, or grâce à l’utilisation d’une succession de milliers d’impulsions acoustiques, nous avons montré que ces nucléi peuvent également se régénérer spontanément au sein du liquide.

Référence : “Cavitation Nuclei Regeneration in a Water-Particle Suspension“, Adrien Bussonnière, Qingxia Liu, Peichun Amy Tsai, Phys. Rev. Lett. 2020

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La transmission acoustique à travers un plan ordonné de bulles passe par un minimum pour une fréquence supérieure à la fréquence de résonance individuelle des bulles. Un modèle simple montre que ce décalage provient de la diffusion multiple au sein du plan de bulles.

Référence : “Transmission of ultrasound through a single layer of bubbles“, V. Leroy, A. Strybulevych, M.G. Scanlon, and J.H. Page, Eur. Phys. J. E (2009)

Avec le modèle analytique précédent, on montre que l’absorption acoustique peut être optimisée en choisissant judicieusement le pas du réseau de bulles en fonction de la viscosité du milieu hôte. On revisite ainsi la thématique des tuiles anéchoïques utilisées en acoustique sous-marine.

Référence : “Superabsorption of acoustic waves with bubble metascreens“, Valentin Leroy, Anatoliy Strybulevych, Maxime Lanoy, Fabrice Lemoult, Arnaud Tourin, and John H. Page, Phys. Rev. B (2015)

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On montre que les performances d’absorption acoustique des mousses solides peuvent être améliorées par la présence de fines membranes.

Référence : “Acoustic absorption of solid foams with thin membranes“, C. Gaulon, J. Pierre, C. Derec, L. Jaouen, F.-X. Bécot, F. Chevillotte, F. Elias, W. Drenckhan, and V. Leroy, Applied Physics Letters (2018)

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Les métamatériaux acoustiques ont parfois une densité effective négative. Nous proposons un modèle simple permettant de comprendre l’origine de ce phénomène.

Référence : “A toy model for the effective density of acoustic metamaterials“, Juliette Pierre, Valentin Leroy and Benjamin Dollet, Proceedings of the Royal Society A (2022)

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