8.3.1
Construction et description des diagrammes
Plusieurs paires de gouttes, ayant différentes valeurs de ˜h, sont soumises au champ électrique ˜
E. Les diagrammes de phase d’électrocoalescence ont été établis, pour les différentes conditions physicochimiques expérimentales indiquées dans le tableau(8.1).
Dans les diagrammes de la figure(8.12), les graphiques du haut correspondent à une excitation en mode AC et ceux du bas, en mode DC. Chaque diagramme est associé à une valeur de conductivité différente, comme cela est indiqué sur les différents graphiques.
La zone de stabilité est la zone en dessous de la frontière. La zone d’instabilité est représentée par les motifs carrés et triangulaires désignant respectivement les états de coalescence et de "coalescence partielle et séparation". La frontière entre les zones de stabilité et d’instabilité a la même forme que celle prédite par Taylor ou Latham[104,58], figure(3.9).
8.3. Diagrammes de phase instantanés
Figure 8.12 – Diagrammes de phase d’électrocoalescence de paires de gouttes pour une excitation en AC(graphiques en haut) et en DC(graphiques en bas). Pour chaque situation, la concentration de N aCl ajoutée vaut respectivement 0M , 0.01M et 0.1M . Les motifs carrés représentent la zone de coalescence, ceux en cercles, la zone de non coalescence, et les triangles représentent la zone de "coalescence partielle et séparation".
– L’application d’un champ électrique élevé n’entraîne pas nécessairement la fusion de gouttes. Aussi, il est possible maintenant d’avoir un critère de coalescence bien défini par une simple lecture des diagrammes.
– Le nombre de Bond électrique Bec(Be = ˜E2) de déstabilisation d’une goutte est obtenu
pour les valeurs les plus élevées de ˜h. Il est ici autour de 0.7. Celle établie par Taylor est de 0.2. D’autres valeurs[70,119]sont trouvées entre 0.2 et 0.44. L’écart que nous avons ici peut
provenir de plusieurs raisons : surestimation du champ électrique appliqué, l’écoulement des gouttes, leur confinement...
– Un point triple critique en (˜hc, ˜Ec) peut être défini. Il correspondant à la frontière entre les
trois états. Les valeurs correspondantes sont notées dans le tableau(8.2). Ce point triple semble être le même pour des conductivités élevées.
Chapitre 8. Électrocoalescence Eau MilliQ, 0M NaCl 0.01M NaCl 0.1M NaCl (˜hc, ˜Ec)AC (0.8, 0.7) (0.8, 0.7) (0.8, 0.7) (˜hc, ˜Ec)DC (0.8, 0.7) (0.65, 0.60) (0.65, 0.60)
Table 8.2 – Coordonnées de point de transition pour les différents diagrammes.
Figure 8.13 – Chemin de fusion de gouttes à droite, ˜E < ˜Ec. A gauche, la fusion est inhibée, ˜E < ˜Ec.
8.3.2
Chemins de coalescence : influence des interactions dipôle-dipôle
Jusqu’à présent, nous nous sommes intéressés au comportement instantané d’une paire sous champ électrique. Pour des expériences faites sur des temps longs, les interactions dipôle-dipôle peuvent entrer en jeu et faire évoluer le système vers un état final différent.
En effet, en considérant ces interactions, une lecture des diagrammes établis permet de consta- ter qu’une paire peut fusionner quelque soit la séparation des gouttes la constituant. Pour ˜E < ˜Ec,
comme indiqué sur la figure(8.13) a), une paire de gouttes finit toujours par fusionner quelque soit ˜h.
Si maintenant le champ appliqué ˜E est tel que ˜E > ˜Ec, la seule façon de fusionner des paires
de gouttes, c’est d’être dans la zone de coalescence à ˜h < ˜hc.
En revanche, si les gouttes se trouvent dans la zone de "coalescence partielle", elles se re- poussent sous champ électrique, figure(8.13) b). Si initialement elles sont dans la région de sta- bilité, elles vont s’attirer jusqu’à rentrer dans la région de "coalescence partielle". Une fois dans
8.3. Diagrammes de phase instantanés
Figure 8.14 – Déformation mécanique de la goutte favorisant une déstabilisation plus efficace.
cette zone, elles vont encore s’éloigner l’une de l’autre à cause du mécanisme de séparation. La conclusion est que la zone de "coalescence partielle et séparation" est inhibitrice de coalescence de paires de gouttes sous champ électrique.
Remarque Si le champ électrique est éteint au moment où les gouttes se séparent dans la zone de coalescence partielle, alors elles peuvent fusionner. Cela se comprend car les gouttes auront des charges nettes opposés et pourront s’attirent à champ nul.
8.3.3
Couplage électromécanique
8.3.3.1 Application d’une surpression
Cette section présente un effet électromécanique servant à déstabiliser plus facilement une goutte. Dans le chapitre 3.6, il a été montré qu’en appliquant une pression supplémentaire à une goutte, elle était susceptible de se déstabiliser plus facilement.
A l’échelle de paires, une déstabilisation prématurée peut avoir lieu si l’une des gouttes subit une contrainte se traduisant par une surpression. Expérimentalement, cela est réalisable en la faisant passer par un étranglement. L’illustration en est faite à la figure(8.14).
Chapitre 8. Électrocoalescence
Figure 8.15 – Couplage électromécanique. L’apparition des bourgeons rapproche les gouttes et permet de les déstabiliser plus rapidement. Le pas de temps entre les images est de 0.1ms.
par la déformation mécanique. A droite de la figure, sont représentées l’évolution de paires de gouttes identiques subissant l’action d’un champ électrique fixé. Seules les gouttes qui passent par l’étranglement coalescencent instantanément. On peut voir que a/b est croissant et n’atteint pas de plateau. Cette déstabilisation instantanée est maintenant définie au sens électromécanique et non plus au sens électrostatique.
8.3.3.2 Formation de bourgeons
Nous pouvons également mettre en avant un autre type de couplage électromécanique pou- vant avoir lieu lorsque deux gouttes sont très proches. En effet, il n’est plus question d’évoquer une surpression due à la déformation des gouttes. Il est question de leur rapprochement par la formation de bourgeons, figure(8.15). Le mécanisme de formation de ces bourgeons est celui qui est décrit au chapitre (7.8) sur la déstabilisation hydrodynamique d’une émulsion.
De fait, une lecture des diagrammes de phases, figure(8.12), permet de voir que les gouttes proches sont plus facilement déstabilisées. De ce point de vue, il est clair que la formation des bourgeons favorise une déstabilisation plus efficace d’une paire.