Dynamique d'adhésion : ménisques, films et ponts

Adhesion dynamics : meniscus, films and capillary bridges

• Auteur / Autrice : Manon L'Estimé
• Direction : José Bico, Etienne Reyssat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 04/03/2021
• 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 : Emmanuelle Rio
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hamid Kellay, Arnaud Antkowiak
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Caroline Jullien, François Gallaire

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interfaces (sciences physiques)

Tension superficielle

Adhésion (physique)

Capillarité

Mécanique des fluides

Écoulement visqueux

Couches minces

Mots clés libres

Instabilité de digitation

Dynamique d'adhésion

Lubrification

Pont capillaire

Film mince

Écoulements capillaires

Fingering instability

Capillary bridge

Thin film

Résumé

Le contact de deux films visqueux couvrant des surfaces solides conduit à la formation d’un pont liquide dont l’extension comble la lame d’air séparant les couches visqueuses et permet leur adhésion. Le liquide visqueux chassant de l’air de faible viscosité, un front de collage stable est attendu. Néanmoins, ce front se « nourrit » de liquide pour progresser ce qui conduit à une rapide aspiration des films avoisinants. Une conséquence de cet épuisement est la déstabilisation du front d’adhésion sous forme de doigts liquides qui avancent en absorbant l’huile latéralement. La première partie de cette thèse expérimentale explore cette instabilité. La géométrie des motifs est caractérisée puis la dynamique du front d’adhésion est étudiée. La seconde partie est consacrée à la dynamique d’un doigt unique modélisée par la croissance d’un pont capillaire reliant une surface à un bain liquide. La dynamique dépend des propriétés du liquide, des dimensions du pont et de la profondeur du bain. Selon cette dernière, la dissipation visqueuse domine dans le bain ou au voisinage de la ligne de contact. Afin de préciser le mécanisme d’aspiration rencontré au cours des premiers chapitres, la dernière partie s’intéresse à l’ascension d’un ménisque sur une surface solide en contact avec un bain liquide. Nous montrons que la dynamique est déterminée par la profondeur du réservoir et examinons les deux mécanismes susceptibles d’alimenter l’ascension lorsque le réservoir est un film mince.

When two viscous films coating solid plates are brought in contact a liquid bridge propagates and eventually leads to the adhesion of the plates. As a viscous fluid pushes air of low viscosity, a stable adhesion front is expected. However, the front feeds on liquid to propagate, which results in the depletion of the neighboring layers. As a consequence of such depletion, the adhesion front destabilizes into fingers that grow by absorbing liquid laterally. The first part of this experimental thesis explores this unexpected instability. The patterns geometry is characterized and the dynamics of the adhesion front is studied. The second part adresses the model problem of a single finger of wetting liquid bridging a bath to an overhanging beam. The finger dynamics strongly depends on the liquid properties and on the width of the bridge. In addition, we show that viscous dissipation dominates either at the contact line or in the bath depending on the depth of the latter. In the last part, a model experiment aims to explore the aspiration mechanism observed in the previous sections. We investigate the rise of a meniscus induced by the contact between a solid surface and a bath of wetting liquid. We show that the depth of the reservoir governs the dynamics and we discuss the two mechanisms that are likely responsible for the feeding of the rise when the bath consist of a thin film.