Séminaire de Suman Chakraborty (Département d'ingénierie mécanique, Institut indien de technologie de Kharagpur) - Salle Auvray, Bât 15 Campus De Beaulieu

Représentation schématique de l'imbibition à l'échelle macroscopique, microscopique et de la fibre. (a) Imbibition localement unidirectionnelle dans un mince substrat de papier rectangulaire, dont une extrémité est immergée dans un réservoir de fluide. (b) Les fibres gonflent en absorbant le fluide imbibé (en bleu), ce qui entraîne une topographie microscopique variable dans l'espace le long de la direction de l'écoulement et provoque des variations spatio-temporelles de la résistance à l'écoulement. (c) L'épaississement des fibres dû au gonflement et à l'absorption entraîne une variation spatiale du débit.
L'action capillaire dans les matériaux poreux joue un rôle essentiel à la fois dans les systèmes naturels et dans les applications techniques, en particulier lorsqu'un fluide mouillant (comme l'eau) déplace un fluide non mouillant (comme l'air). Les substrats fibreux poreux, y compris le papier filtre, les textiles et les lingettes, sont de plus en plus utilisés dans le développement de capteurs intelligents pour la détection de marqueurs chimiques dans les fluides corporels. Ces substrats subissent un gonflement des fibres lors de l'absorption de fluides à base d'eau, ce qui modifie localement les voies d'écoulement microscopiques. Cela affecte à son tour les propriétés macroscopiques du matériau, telles que la porosité et la perméabilité, en fonction de l'hétérogénéité de la structure des pores.
Dans cet exposé, nous expliquons comment le gonflement des fibres introduit des variations spatio-temporelles dans la perméabilité et la porosité pendant l'aspiration capillaire. Ces variations influencent de manière significative la dynamique de l'imbibition des fluides. En étendant la loi de Darcy pour tenir compte de ces propriétés changeantes et en les reliant à la microstructure changeante, nous identifions des modes distincts de succion capillaire. En fonction de la distribution de la taille des pores et des caractéristiques de gonflement des fibres, ces modes peuvent conduire à une interruption temporaire ou à un arrêt complet de la circulation du fluide. Nos résultats permettent de mieux comprendre le contrôle de l'écoulement capillaire dans les milieux poreux fibreux et fournissent un cadre pour l'optimisation de ces substrats dans des applications telles que le diagnostic et la gestion des fluides.