Dynamiques sur des surfaces texturées et imprégnées

Dynamics on liquid infused surfaces

• Auteur / Autrice : Armelle Keiser
• Direction : David Quéré, Christophe Clanet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 10/12/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physique et mécanique des milieux hétérogènes (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Lydéric Bocquet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thomas Salez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Élise Lorenceau, Christophe Raufaste

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gouttes

Capillarité

Viscosité

Dynamique des fluides

Mots clés libres

Surfaces texturées et imprégnées

Capillarité

Friction visqueuse

Démouillage

Instabilité de perlage

Glissement

Ménisques dynamiques

Liquid infused surfaces

Capillarity

Viscous friction

Dewetting

Pearling instability

Slip

Liquid wedges

Résumé

En s’appuyant sur des expériences canoniques revisitées, cette thèse caractérise la dynamique de gouttes, de bulles, et de films minces sur des surfaces biomimétiques texturées et imprégnées d’huile. En contact avec des liquides aqueux, ces surfaces présentent quatre phases distinctes (les textures solides, l’huile, le liquide déposé et l’air) donnant naissance à une multitude d’interfaces dont le rôle est prédominant dans les dynamiques observées. La friction visqueuse s’opposant au dévalement d’une goutte est caractérisée en fonction du rapport des viscosités de la goutte et de l’huile. Les résultats obtenus mettent en lumière le rôle essentiel du ménisque d’huile entourant le pied de la goutte. Par la suite, deux expériences mettant en jeu une ligne de contact en reculée sont étudiées. La première correspond au démouillage d’un film mince, la deuxième à l’instabilité de perlage. Dans ces deux cas, le comportement qualitatif correspond à celui reporté dans la littérature sur des surfaces solides. Cependant, une étude plus approfondie révèle que la présence de l’huile affecte significativement la dynamique. Les écoulements dans l’eau et dans l’huile doivent alors être pris en compte simultanément. Ces travaux mettent ainsi en lumière l’originalité de ces surfaces, partiellement solides et partiellement liquides.

This thesis aims at characterizing drops, bubbles and thin films dynamics on biomimetic textured surfaces, impregnated with oil (known as LIS in the literature). When an aqueous liquid is deposited on such surfaces, the four phases at stake (oil, air, textures and deposited liquid) generate multiple interfaces, playing a crucial role in the various dynamics observed. The viscous friction opposing the motion of a drop on an inclined LIS at low capillary numbers is studied as a function of the oil/drop viscosity ratio. The results revealed the crucial role of the microscopic oil meniscus surrounding the foot of the drop. Then, two experiments focusing on the dynamics of a receding contact lines are studied: the dewetting of a thin aqueous film and the pearling instability. In both cases, the qualitative behavior is similar to the one reported in the literature on conventional solid surfaces. However, a deeper study reveals that the presence of oil changes quantitatively the dynamics. The flow in both the aqueous and the oil phases must then be taken into account simultaneously. The results obtained in this work highlight the originality of those surfaces, and shed new light on the very peculiar role of the oil meniscus surrounding the contact lines.