Sphérique en l’absence de forces extérieures, les gouttes d’eau peuvent adapter leur morphologie aux contraintes auxquelles elles sont sujettes. L’équipe qui nous a accueilli a pour thème d’étude le comportement des fluides complexes. Leurs travaux ont permis de mettre en avant de surprenantes propriétés sur la capillarité. Les modes de vibrations des gouttes en sont un exemple, ils mettent en avant les effets de la tension de surface combinés à un mouvement inertiel du substrat. Le rebond de jets d’eau sur une surface super-hydrophobe est un phénomène directement lié à la capillarité. L'impact d’une goutte d’eau sur une surface super-hydrophobe donnent lieu à d’impressionnantes visions comportementales, il conduit la goutte déformée à l’issue de l’impact, à retrouver une forme plus stable, entraînant de surcroît l'auto-propulsion verticale d'une micro-goutte. Doté d’une variété et d’une richesse certaine, aussi bien sur le caractère théorique qu’expérimental, l’ensemble de ces sujets a pour mérite de mettre en lumière les différentes propriétés de la capillarité.

Notre équipe d'accueil a recemment menée une étude préliminaire sur la propulsion de gouttes d'eau déposées sur une surface surperhydrophobe. Initialement entrepris pour tester la résistance des substrats surperhydrophobe à une solicitation dynamique, cette étude a mis en évidence un phénomène inatendu. En effet, sous certaines conditions , la vitesse d'éjection d'une goutte se montre sensiblement plus élevée que celle d'un objet rigide propulsé par le même dispositif. Dans des conditions optimales un gain d'énergie cinétique de 250% a été observé expérimentalemnt et confirmé par un modèle théorique.

Le but de notre stage est de démontrer la généralité de ce phénomène en propulsant non plus des gouttes mais des solides élastiques. Dans un premier temps nous avons mis au point un procédé de fabrication de projectiles en gel de différents modules d'élasticités mesurés par nos soins. Nous avons alors pu caractériser la propulsion de ces gels et mesurer leur vitesse d'éjection en fonction de leur fréquence propre et de la fréquence de la catapulte. Nos résultats expérimentaux ont été confronté avec un modèle théorique, l'accord obtenu est très satisfaisant et a permis de mettre en évidence un phénomène de multiples rebonds qui n'avait pas été observé dans le cadre de la propulsion des gouttes. Les propriétés photoélastiques des gels nous ont permis de mettre en évidence l'importance de la dynamique de la déformation dans le milieu, une étude plus quantitative pourra être envisagée. Toujours dans un souci de tester différentes perspectives de recherches, nous avons confectionné des projectiles bicomposites et à gradient d'élasticité.

Figure 0 : Séquence de lancement d'un gel (vidéo en annexe)