E-drop : interaction fluide - substrat et optimisation de la forme des gouttes

E-drop : interaction fluid-substrate and optimization of the shape of drops

• Auteur / Autrice : Julie Darona-Frassy
• Direction : Arthur Soucemarianadin, Christian Lécot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Baudet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Société des électriciens, des électroniciens et des radioélectriciens

Mots clés libres

Méthode de la lubrification

Méthode level-set

Résumé

Les instabilités hydrodynamiques qui apparaissent lors de la formation et d'impact de gouttes présentent un intérêt considérable à la fois d'un point de vue fondamental et aussi applicatif. L'objectifprincipal de ce travail est la modélisation de l'impact et l'étalement d'une ou de plusieurs gouttes sur des substrats structurés chimiquement et/ou topographiquement. Deux techniques complémentaires dont détaillées: une méthode Level-Set conservative dans le cas où les effets inertiels sont importants et une méthode de lubrification lorsque l'écoulement est essentiellement contrôlé par des effets faiblement gravitaires ou par des effets de tension de surface. Ce travail propose en outre de combiner les deux méthodes et le bon accord avec les profils transitoires expérimentaux démontre l'intérêt de l'approche dans le cas d'écoulements particulièrement complexes. En termes d'applications, quelques cas relatifs à l'impression par jet d'encre et à la microfluidique appliquée au domaine de la synthèse in-situ d'ADN sont étudiés en détail. Le modèles construits servent notamment à simuler numériquement l'étalement et l'évaporation de d'une ou plusieurs gouttes sur des substrats industrie bien caractérisés. Ce travail devrait permettre de proposer des critères pour améliorer la performance globale de dispositifs où des surfaces structurées sont utilisées pour piloter les écoulements.

Hydrodynamic instabilities which may appear during drop formation and/or impact are of particular interest both from a fundamental and applied poin ofview. The main objective ofthis work is the modeling of the impact and spreading of a single or several drops on surfaces which may be pattemed either chemically and/or topographically. Two complementary techniques are detailed: a conservative Level-Set method useful when flow velocity is important and a lubrication method which may be used in the case of surface and/or slow gravity driven flows. Moreover this work proposes to combin the two above cited method and the good agreement with existing transient experimental profiles demonstrate the interest of the approach in the case 0 particularly intricate flows. Ln terms of application, several case related to digital printing and in-situ DNA synthesis are studied in detail. The propose(models are used to numerically simulate the spreading of a single and or of several drops on weil characterized industrial substrates. This work should help to provide design criteria for improving the overall performance of devices in a number of microfluidic applications where pattemed surfaces are used for monitoring flows.