Interaction between a shockwave and a foam film

Interaction entre une onde de choc et un film de savon

Quentin Raimbaud (1)

1 IPR - Institut de Physique de Rennes

Numerous works have proven that liquid foams significantly attenuate shockwaves. However, even though many theories have been developed, the underlying mechanisms behind this attenuation remains mostly unknown. For the sake of simplicity, we studied the interaction between shockwaves and one of the base elements of foam: foam films. To generate the shockwaves we needed, we created a modular shocktube that allows us to modify both the shape of the pressure signal and the orientation of the films. We started by studying the acceleration of a single foam film impacted by a parallel shockwave. We observed the reflexion and transmission of the shockwave and the movement of the film, which allowed us to get the film’s acceleration time and terminal velocity. We then studied the effects of thickness gradients within the film during the acceleration phase. We developed a model to explain how these gradients affect the breaking of the films. Finally, we studied the interaction between a shockwave and a film, when the two are not parallel to each other. We observed the development of a Kelvin-Helmholtz instability in the film before its rupture.

De nombreux travaux ont permis de montrer que les mousses ont la capacité d’atténuer fortement les effets des ondes de choc. Cependant, bien que de nombreuses théories aient été proposées, les mécanismes physiques à l’origine de cette atténuation restent majoritairement inconnus. Dans le cadre de cette thèse, afin de simplifier problème, nous avons décidé d’étudier en particulier l’interaction entre une onde de choc et l’un des composants élémentaires de la mousse : le film de savon. Pour cela, nous avons dimensionné et fabriqué un tube à choc modulaire qui nous permet de générer des ondes de choc avec différents profils de pression et de les faire interagir avec de nombreuses configurations de films de savon. Nous avons commencé par étudier l’accélération d’un film de savon impacté par une onde de choc parallèle au film. Nous avons observé la réflexion et la transmission de l’onde de choc incidente et étudié le mouvement du film afin de déterminer son temps d’accélération et sa vitesse terminale. Nous avons ensuite étudié l’effet des gradients d’épaisseur dans le film lors de la phase d’accélération . Nous avons développé un modèle permettant d’expliquer les différences comment ces gradients influencent la rupture du film.Pour finir, nous avons étudié l’interaction entre une onde de choc et un film, si celui ci n’est pas parallèle au choc. Nous avons alors observé l’apparition d’une instabilité de Kelvin-Helmholtz sur le film avant sa rupture.

Mots clés: Shockwave; Liquid film; Instabilities; Dissipation; Rupture

Mots clés: Onde de choc; Film aqueux; Instabilités; Dissipation; Rupture

Domaines: Mécanique des matériaux [physics.class-ph]

Quentin Raimbaud. Interaction entre une onde de choc et un film de savon. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Université de Rennes, 2019. Français. ⟨NNT : 2019REN1S103⟩. ⟨tel-02927158⟩