Instabilités de filets liquides sur plan incliné

• Auteur / Autrice : Stéphanie Couvreur
• Direction : Adrian Daerr
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique [théorique]
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrodynamique

Capillarité

Mouillage (chimie des surfaces)

Stabilité

Mots clés libres

Filet liquide

Résumé

Que ce soit pour refroidir ou nettoyer un solide, la même technique est utilisée : du liquide, le plus souvent de l'eau, est mis en écoulement sur ce substrat. Il se forme alors des filets liquides. Il est donc fondamental de comprendre la dynamique et le comportement de ces filets sur des plans inclinés. Pour cette raison, nous avons étudié les filets liquides sur deux types de substrat. D'un côté, nous nous sommes intéressés aux substrats superhydrophobes, avec lesquels les liquides n'ont qu'une très petite surface de contact. Nous avons étudié la friction sur ces substrats ainsi que l'instabilité de Rayleigh-Plateau : la forme de filet liquide est instable et le filet se brise en gouttes. De l'autre côté, nous avons considéré des surfaces en mouillage partiel où la friction avec le liquide est très grande ; elles sont caractérisées par une forte hystérésis de mouillage qui induit une force d'accrochage sur le substrat. Sur ce type de surfaces, se développe une instabilité inertielle sinueuse appelée instabilité de méandrage. Nous avons cherché à comprendre les mécanismes de cette instabilité et notamment sa sensibilité au bruit des conditions initiales. Cela nous a enfin mené à étudier la réponse de filets liquides à des forces extérieures.

In order to clean or cool a solid surface, one generally flows liquid (mostly water) on the surface; the liquid does not generally flow as a homogeneous sheet, but instead forms liquid rivulets. It is important to understand the dynamics and the behavior of these liquid rivulets on inclined solid surfaces. For this reason, we studied rivulets on two different substrates. First, we used superhydrophobic substrates, where rivulets have a very low contact surface. We are interested in the friction on these substrates and in the rivulet stability: the cylindrical shape is unstable (Rayleigh-Plateau instability) and the rivulet breaks up into droplets. In a second part, we used partially wetting substrates with a strong contact angle hysteresis and large friction between the liquid and the substrate. On these surfaces, a sinuous instability called meandering instability develops. We studied the instability mechanisms in detail and demonstrate the role of the initial conditions on the critical flow rate at which meandering appears. We also investigated the effect of external forces on the shapes of the rivulets.