Hydrodynamique d’un jet laminaire à une jonction

Mise en évidence expérimentale de deux régimes hydrodynamiques possibles d’un jet laminaire se présentant à une jonction : répartition et filtration ; modélisation en régime confiné de la transition entre ces deux régimes.

Un certain nombre d’applications en microfluidique, font appel à des écoulements laminaires parallèles de deux ou plusieurs fluides dans des réseaux hydrauliques constitués de microcanaux. Prédire les débits de chacun de ces fluides dans les différents bras du réseau s’avère une tâche difficile à laquelle nous essayons d’apporter des réponses. Cette problématique est également intimement liée à la compréhension des écoulements diphasiques dans des milieux poreux, intervenant par exemple, lors des processus de récupération assistée du pétrole, ou de lavage. Ces processus, mettant en jeu le déplacement dans un réseau hydrodynamique complexe d’un fluide par un autre fluide conduisent en effet très souvent à la formation de doigts visqueux (instabilité de Saffman-Taylor) qui s’écoulent dans le réseau le long de chemins préférentiels.
Pour aborder cette problématique, nous nous sommes d’abord intéressés au comportement d’un jet laminaire lorsqu’il se présente à une simple jonction en T. Pour ce faire, nous avons utilisé (cf. figure) un circuit microfluidique très simple permettant d’obtenir à la jonction, deux bras de sortie dont les longueurs et donc les résistances hydrodynamiques sont différentes, mais pour lesquelles la chute de pression est identique.

L’étude réalisée avec ce montage a permis de mettre en évidence lorsque l’épaisseur du canal est très faible (régime confiné) deux régimes hydrodynamiques différents et d’identifier les trois paramètres physiques adimensionnés contrôlant la transition entre ces deux régimes. Le jet, lorsqu’il parvient à la jonction, peut soit se diviser et se répartir dans les deux canaux de sortie (régime de répartition) de façon plus ou moins asymétrique suivant les valeurs des paramètres adimensionnés, soit s’écouler uniquement dans le canal présentant la plus faible résistance hydraulique (régime filtre). La transition entre ces deux régimes est contrôlée par q, le rapport entre des débits des deux fluides, eta celui de leurs viscosités et lambda, le rapport entre les resistances hydrodynamiques des canaux de sorties.

Référence
Collaboration T. Colin, MAB, Université Bordeaux-I