A la recherche de la texture hydrophobe, et quelques effets collectifs dans les milieux granulaires et en économie

Texture-induced hydrophobicity, and some collective effects in granular matter and economics

• Auteur / Autrice : Pierre Lecointre
• Direction : David Quéré, Christophe Clanet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 18/12/2019
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École polytechnique (Palaiseau, Essonne ; 1795-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Hydrodynamique de l'École polytechnique (Palaiseau ; 1990-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-François Joanny
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Quéré, Christophe Clanet, Thierry Ondarçuhu, Cécile Cottin-Bizonne, Stephan Herminghaus, Ioannis Papakonstantinou
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Thierry Ondarçuhu, Cécile Cottin-Bizonne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Milieux granulaires

Texture

Dynamique des fluides

Mécanique statistique

Matière molle (physique)

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Antibuée

Superhydrophobe

Condensation

Gouttes

Milieux granulaires

Économie

Antifogging

Superhydrophobic

Condensation

Drops

Granular matter

Economics

Résumé

Une buée ou de l’eau chaude peuvent détruire le caractère superhydrophobe d’une surface texturée, du fait de la condensation à l’intérieur des textures. Néanmoins, il a été observé que des matériaux couverts de cônes nanométriques peuvent résister à la buée, les gouttes issues de la condensation étant éjectées à l’occasion de leur coalescence. Nous avons tout d’abord montré expérimentalement par des images de microscopie électronique que la forme conique des textures permet bien aux gouttelettes d’eau d'être en “état fakir'', y compris à très petite échelle. Nous avons ensuite étudié différentes familles de surfaces à cônes en variant l’espacement et la hauteur des textures. Aux nanoéchelles, nous avons montré que l’effet anti-buée est peu influencé par la taille des textures, et que ses limites proviennent plutôt des propriétés de l’eau elle-même, sa viscosité en particulier. Aux microéchelles, nous avons décrit des situations nouvelles où l'on observe l'éjection spontanée de la buée, malgré un piégeage local de l’eau. Nous avons ensuite étudié la trajectoire des gouttes de buée éjectées et confirmé que la viscosité joue un rôle majeur dans leur balistique. Enfin, nous nous sommes intéressés à la capacité des surfaces superhydrophobes à repousser des gouttes d’eau chaude, montrant l’existence de deux recettes distinctes pour parvenir à un tel effet. Dans la seconde partie de la thèse, nous avons abordé le problème du pouvoir de capture de poussière de fibres mouillées d’huile. Nous avons montré que la quantité de particules capturées est seulement influencée par la quantité d’huile déposée sur la fibre et non par la configuration adoptée par l’huile (film ou goutte), contrairement à la dynamique de croissance de l’agrégat, au cours de laquelle, de larges différences apparaissent entre les deux configurations. La dernière partie de la thèse a été consacrée à l’équation de Slutsky, communément rencontrée dans le domaine de la micro-économie. Nous avons décrit comment la matrice de Slutsky est modifiée en présence d’hypothèses non rencontrées en économie classique telles que l’irrationalité, l’interaction entre produits ou l’hétérogénéité des agents; et comment celles-ci font apparaître des résultats surprenants non prédits par la théorie classique du consommateur. Les trois parties peuvent être abordées de manière indépendante.

Fog or hot water can destroy the superhydrophobic properties of a textured surface owing to the condensation inside the texture. However, it was recently shown that such surfaces covered with cones at a scale of hundred nanometers could resist fog: condensed droplets can be ejected during their coalescence. We first experimentally show by electronic microscopy that a conical texture enables water drops to remain in a “fakir state”, even at a very small scale. We then studied different families of cone-textured surfaces by varying the spacing and the texture height. At the nanoscale, we showed that the texture size has a low influence on the antifogging efficiency whose limits rather lie in the water properties themselves, especially its viscosity. At the microscale, we described new situations where spontaneous ejection of condensed drops occurs despite a local trapping of water. We also studied the trajectory of expelled drops on such surfaces and confirmed that viscous effects play a major role in their ballistics. Finally, we focused on the ability of superhydropho- bic surfaces to repel hot water, a challenging situation for which we identified two independent recipes. In the second part of the thesis, we studied the ability of wetted fibers to capture dust. We showed that the quantities of captured particles is only influenced by the quantity of oil deposited on the fiber and not by its configuration (film or drop) on the fiber, unlike the growth kinetics of the aggregate where large differences are observed between the two configurations. The last part of the thesis focused on the Slutsky equation, a classical equation encountered in microeconomics. We described how the Slutsky matrix is modified when challenging classical economics hypotheses such as irrationality, interactions between goods or agents’ heterogeneity, and how it exhibits surprising features not predicted by consumer choice theory. The three parts can be addressed independently.