par Charlier, Jehan 
Président du jury Scheid, Benoît
Promoteur Terwagne, Denis
Co-Promoteur Colinet, Pierre
Publication Non publié, 2020-01-31
Président du jury Scheid, Benoît
Promoteur Terwagne, Denis
Co-Promoteur Colinet, Pierre
Publication Non publié, 2020-01-31
Thèse de doctorat
| Résumé : | Le sujet de recherche de cette thèse est à la jonction entre l'étalement et l'évaporation de liquides. Ces questions sont adressées parfois séparément, parfois de manière combinée, au travers de quatre sujets de recherches distincts.La première recherche a porté sur le contrôle et l'amélioration du mouillage de liquide via une manipulation de la surface sur laquelle le liquide s'étale. S'inspirant des feuilles d'une plante tropicale, la Ruellia Devosiana, nous montrons que recouvrir une surface rugueuse d'une fine couche de lubrifiant permet d'induire un mouillage rapide et spontané. Dans le cas de l'eau, de simples tensio-actifs se sont avérés être de très bon lubrifiants. En appliquant du tensio-actif selon des motifs, il est alors possible de contrôler la géométrie de l'étalement. Et en variant la quantité de tensio-actif déposée, on peut ralentir ou accélérer l'étalement de l'eau. Cet étalement rapide, nous montrons qu'il est simplement la manifestation de la transition d'une situation non mouillante vers un cas de mouillage total.Cependant la théorie décrivant le mouillage total sur des surfaces rugueuses n'est pas uniforme. Différents groupes de recherches proposent différentes théories, s'appliquant correctement à différents jeux de données. La seconde partie de ce travail s'attardera donc à essayer de clarifier le comportement de liquides mouillants sur des surfaces texturées, en prenant en compte l'évaporation. Nous allons voir qu'actuellement aucune théorie complète n'existe, et que les résultats semblent varier d'un fluide à l'autre, probablement à cause de différences d'intensité d'évaporation.Le sujet suivant regardera le problème inverse, c'est-à-dire comment la forme d'une goutte impacte son évaporation. Actuellement la théorie de l'évaporation d'une goutte est bien saisie pour le cas de gouttes à symétrie cylindrique. Cette symétrie permet en effet des simplifications importantes des équations qui gouvernent le processus, et l'évaporation de gouttes sans cette symétrie repose actuellement sur la modélisation. Nous allons toutefois montrer qu'il est possible d'extrapoler très facilement la théorie existante pour les gouttes axisymétriques (théorie qui prédit une linéarité entre le taux d'évaporation et le rayon de la goutte) au cas de gouttes à géométrie complexe, et ce sans simulations numériques. Via des expériences simples, nous mettrons en évidence que ces gouttes à formes variées ont un taux d'évaporation qui est cette fois linéaire avec la longueur de la ligne de contact.Ce résultat promet des applications dans le domaine des échanges thermiques en situations confinées, tels que les caloriducs incorporés dans les satellites.Le dernier sujet de recherche traite de l'évaporation de gouttes composées de plusieurs liquides. En particulier, nous regardons la forme de gouttes faites d'eau et de propylène glycol. Ces gouttes exhibent un point d'inflexion dans leur profil, situé non loin de la ligne de contact, qui n'est pas prédit par la forme classique des gouttes, donnée par l'équilibre entre les forces capillaire et de gravité. Nous basant sur l'hypothèse que ce phénomène est dû à des flux Marangoni eux-mêmes dus à des gradients de concentration au sein de la goutte, nous établirons un modèle en accord avec nos observations. Ce modèle incorpore une formulation basée sur la dispersion de Taylor pour exprimer le profil de concentration dans le liquide. Cette formulation innovante dans le cas d'une goutte sessile permet de prédire correctement les formes non classiques de ces gouttes. L'incorporation d'une rectification du taux d'évaporation, due à l'accumulation de propylène glycol aux extrémités de la goutte, mène à des prédictions pour les angles de contact de ces gouttes en accord avec les données expérimentales. Tout cela dans une formulation entièrement analytique, et sans paramètre d'ajustement. |
