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Juggling bubbles in square capillaries: an experimental proof of non-pairwise bubble interactions

Authors :
Gaël Ginot
Reinhard Höhler
Andy Kraynik
Wiebke Drenckhan
Sandrine Mariot
Institut Charles Sadron (ICS)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de Physico-Chimie des Polymères et des Milieux Dispersés (PPMD)
Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)
Laboratoire de Physique des Matériaux Divisés et des Interfaces (LPMDI)
Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEM)
European Space Agency (Soft Matter Dynamics MAP grant AO-09-943)Idex Unistra
Institut des Nanosciences de Paris (INSP)
Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de Physique des Solides (LPS)
Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE)
Drenckhan-Andreatta, Wiebke
Mécanique multi-échelles des solides faibles (INSP-E7)
Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Hohler, Reinhard
Source :
Soft Matter, Soft Matter, Royal Society of Chemistry, 2019, 15 (22), pp.4570-4582. ⟨10.1039/C8SM02477D⟩, Soft Matter, 2019, 15 (22), pp.4570-4582. ⟨10.1039/C8SM02477D⟩
Publication Year :
2019
Publisher :
Royal Society of Chemistry (RSC), 2019.

Abstract

International audience; The physical properties of an ensemble of tightly packed particles like bubbles, drops or solid grains are controlled by their interactions. For the case of bubbles and drops it has recently been shown theoretically and computationally that their interactions cannot generally be represented by pair-wise additive potentials, as is commonly done for simulations of soft grain packings. This has important consequences for the mechanical properties of foams and emulsions, especially for strongly deformed bubbles or droplets well above the jamming point. Here we provide the first experimental confirmation of this prediction by quantifying the interactions between bubbles in simple model foams consisting of trains of equal-volume bubbles confined in square capillaries. The obtained interaction laws agree quantitatively with Surface Evolver simulations and are well described by an analytically derived expression based on the recently developed non-pairwise interaction model of Höhler et al. [Soft Matter, 2017, 13(7), 1371], based on Morse-Witten theory. While all experiments are done at Bond numbers sufficiently low for the hydrostatic pressure variation across one bubble to be negligible, we provide the full analysis taking into account gravity in the appendix for the interested reader. Even though the article focuses on foams, all results directly apply to the case of emulsions.

Details

ISSN :
17446848 and 1744683X
Volume :
15
Database :
OpenAIRE
Journal :
Soft Matter
Accession number :
edsair.doi.dedup.....5d9224e161417af00e2abd7079f3a08c
Full Text :
https://doi.org/10.1039/c8sm02477d