par Mekhitarian, Loucine
Président du jury Parente, Alessandro
Promoteur Haut, Benoît
Co-Promoteur Colinet, Pierre
Publication Non publié, 2019-07-01
Thèse de doctorat
Résumé : Ce travail porte sur l’étude de l’évaporation d’une goutte présentant une interface liquide/gaz complexe. Nous choisissons de nous focaliser sur deux manières différentes dont cette interface peut se complexifier, par interaction avec une phase solide : soit la phase solide constitue le support sur lequel repose la goutte, soit la phase solide se situe au sein même de la goutte. En particulier, nous nous intéressons à l’étude de l’évaporation de gouttes sessiles sur des surfaces géométriquement texturées ainsi qu’à l’étude de l’évaporation de gouttes en suspension contenant des composés non volatils.Tout d’abord, nous étudions les dynamiques d’évaporation de gouttes d’un liquide complètement mouillant et très volatil déposées sur des surfaces géométriquement texturées mais chimiquement homogènes. La texturation de la surface consiste en un réseau de piliers circulaires organisés selon un schéma carré, construits par photolithographie de façon à pouvoir contrôler la rugosité de la surface. La dynamique de la ligne de contact et la forme de la goutte sont caractérisées par interférométrie. Une étude paramétrique est réalisée en faisant varier les paramètres géométriques de la texturation de surface, typiquement le rayon et la hauteur des piliers (en gardant la distance inter-piliers fixe). L’étude met en évidence trois types de dynamiques en fonction de la valeur de ces para- mètres géométriques : i) un régime dominé par l’évaporation, avec une ligne de contact en récession pendant toute la durée de l’évaporation de la goutte ; ii) un régime dominé par l’étalement, avec un rayon initialement croissant pendant le début de l’évaporation ; iii) une situation intermédiaire avec des effets d’accrochage de la ligne de contact importants. Un modèle mathématique est développé, qui met en évidence l’influence de la géométrie de la texturation de surface sur la compétition entre les phénomènes d’étalement et d’évaporation de la goutte. Le modèle parvient à reproduire qualitativement les résultats expérimentaux, montrant que le choix entre les deux régimes extrêmes dépend de la valeur d’un paramètre adimensionnel, qui compare les temps caractéristiques d’évaporation et d’étalement au sein de la texturation de surface. Des lois d’échelles sont aussi mises en évidence, à la fois expérimentalement et théoriquement.Ensuite, nous nous intéressons à l’évaporation de gouttes au sein d’un séchoir par atomisation, dans le cas particulier de la microencapsulation de polyphénols. Cette situation appliquée repose sur l’évaporation de gouttes en suspension contenant deux composés non volatils dissous. Une étude expérimentale de microencapsulation de polyphénols par atomisation est réalisée à l’échelle du laboratoire. Nous observons l’influence des paramètres opératoires (proportion en masse du composé d’intérêt et de l’agent encapsulant dans la solution initiale, débit de liquide, vitesse et température du gaz de séchage) sur l’efficacité du procédé et sur les caractéristiques de la poudre obtenue (taille et morphologie des grains, contenu en eau, conservation de l’activité phénolique). Sur le plan théorique, l’évaporation de ces gouttes est caractérisée grâce à des modèles existants permettant de déterminer la température de la goutte et son temps d’évaporation, ainsi que la dynamique des composés non volatils au sein de la goutte au cours du temps. De plus, une méthode d’évaluation de l’efficacité de la chambre de séchage est proposée, qui repose sur la comparaison entre le temps d’évaporation des gouttes et leur temps de parcours au sein de la chambre. Ces différents modèles sont en accord avec les résultats expérimentaux obtenus et permettent notamment de donner des conseils pour la conception et le dimensionnement de séchoirs par atomisation.

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