Application of two-wavelength digital holography to 3D characterisation ofmicrometric beads produced by viscoelastic filament breakup
Applicatiοn de l'hοlοgraphie numérique deux cοuleurs à la caractérisatiοn 3D de gοuttelettes micrοmétriques prοduites par la rupture d'un filament viscοélastique
Résumé
This thesis investigates the properties and behavior under stress of a class of non-Newtonian fluids known asviscoelastic fluids. These fluids are composed of high-molar-mass molecules, giving them both viscous and elasticcharacteristics. Their extensional deformation reveals complex dynamics, such as the formation of the "beads-ona-string" structure.A specific application of this study focuses on the multiple interactions between expiratory events and salivaparticles within a human oral cavity. These interactions can lead to the formation of bead-on-string structures andresult in the ejection of viscoelastic particles, in various forms, out of the oral cavity.To model and study these interactions, an experimental setup was designed. This setup simulates the doublestretching of viscoelastic fluids prepared from polyethylene oxide in a controlled environment. It allows for statisticalstudies on the extensional properties of the fluid, as well as the exploration of the disruption of viscoelastic fluidparticles by an air flow. The high repeatability of the experiment enabled tracking of particle movements with hightemporal resolution.Furthermore, the nature of the fluid particle deformations necessitates the use of three-dimensional imagingmethods. To this end, a digital holography setup was developed and calibrated. Particular attention was paid tocharacterizing the holography system to avoid measurement biases during the localization and description of objects.Additionally, an innovative method for detecting the focal plane was developed. Based on the phase distribution ofthe complex amplitude, this method enhances the accuracy of 3D object localization.
Cette thèse explore les propriétés et le comportement sous contraintes d’une classe de fluides non newtoniens : lesfluides viscoélastiques. Ces fluides sont composés de molécules de masse molaire élevée, ce qui leur confère despropriétés à la fois visqueuses et élastiques. Leur déformation extensionnelle révèle des dynamiques complexestelles que la formation de la structure de perles sur ficelle.Une application spécifique de cette étude concerne les multiples interactions entre les événements expiratoires et lesparticules de salive dans une cavité buccale humaine. Ces interactions peuvent entraîner la formation de structuresde perles sur ficelle et conduire à l’éjection de particules viscoélastiques, sous différentes formes, hors de la cavitéorale.Pour modéliser et étudier ces interactions, un dispositif expérimental a été élaboré. Ce dispositif permet de simulerle double étirage de fluides viscoélastiques préparés à base de polyéthylène oxyde dans un environnement contrôlé.Il offre ainsi la possibilité de réaliser des études statistiques sur les propriétés extensionnelles du fluide, maiségalement d’explorer la perturbation de particules de fluide viscoélastique par un flux d’air. La haute répétabilitéde l’expérience a permis d’accéder aux déplacements des particules avec une haute résolution temporelle.Par ailleurs, la nature des déformations des particules de fluide nécessite de recourir à des méthodes d’imagerietridimensionnelle. À cet effet, un banc d’holographie numérique a été développé et étalonné. Une attention particulièrea été portée à la caractérisation du banc d’holographie afin d’éviter les biais de mesure lors de la localisation etde la description des objets. De plus, une méthode innovante de détection du plan de mise au point a été développée.Basée sur la distribution de la phase de l’amplitude complexe, elle permet d’améliorer la précision relative à lalocalisation 3D des objets.
Domaines
Autre [cond-mat.other]| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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