Thèse soutenue

Etude expérimentale de l'ébullition : caractérisation des phénomènes en proche paroi et de la dynamique d'une bulle
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Auteur / Autrice : Cassiano Tecchio
Direction : Vadim S. NikolayevBenjamin Cariteau
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 30/09/2022
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : Physique en Ile de France
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Service de physique de l'état condensé (Gif-sur-Yvette, Essonne) - Service de thermo-hydraulique et de mécanique des fluides (Gif-sur-Yvette, Essonne)
référent : Faculté des sciences d'Orsay
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Jocelyn Bonjour
Examinateurs / Examinatrices : Catherine Colin, Paolo Di Marco, Fabrice Charra, Pere Roca i Cabarrocas, Matteo Bucci
Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Colin, Paolo Di Marco

Résumé

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Ce travail consiste en une étude expérimentale des phénomènes physiques à micro-échelle se produisant lors de la croissance d'une seule bulle attachée à la paroi chauffante en régime d'ébullition nucléée. L'expérience est réalisée avec de l'eau à pression atmosphérique en utilisant des diagnostics optiques rapides (4000 images par seconde) et à l'échelle microscopique. La surface d'ébullition est constituée d'un film d'oxyde d'indium et d'étain (ITO) déposée sur une fenêtre transparente en MgF2. La bulle est déclenchée par un chauffage local avec un laser infrarouge (IR). Nous étudions la dynamique et le transfert de chaleur d'une microcouche liquide qui peut se former entre la paroi et la bulle. Des mesures simultanées et synchronisées du profil de la microcouche, de la forme macroscopique de la bulle et de la température de la paroi sont obtenues respectivement par interférométrie en lumière blanche, par ombroscopie latérale et par thermographie IR. Le flux de chaleur de la paroi est reconstruit en utilisant la distribution de la température de la paroi. Une nouvelle caractéristique de la forme de la microcouche a été détectée : une bosse dans le profil de la microcouche qui apparaît au stade initial de la croissance de la bulle. Une théorie simple qui nous permet d'expliquer cette bosse est présentée. La bosse est expliquée par la croissance rapide des bulles et par l'interaction des forces visqueuses et capillaires agissant dans la microcouche pendant sa formation. Nous décrivons également une simulation numérique 2D de la dynamique de la microcouche qui montre un bourrelet de démouillage mis en évidence dans les simulations numériques précédentes près de la ligne de contact et une bosse plus éloignée. Un bon accord est trouvé entre les profils de microcouche simulés et expérimentaux dans la région de la bosse. Nous montrons que le démouillage est accéléré par l'évaporation, ce qui entraîne la formation d'un large bourrelet aux premiers stades de la croissance des bulles. Nos résultats montrent que l'amincissement de la microcouche dans le temps est dû à son évaporation. La résistance thermique mesurée à l'interface liquide-vapeur est plusieurs fois plus grande que sa valeur théorique et semble grossir dans le temps, ce qui est expliqué par une faible contamination de l'eau.