impacts de gouttes et de solides déformables

Impacts of drops and soft solids

• Auteur / Autrice : Benjamin Gorin
• Direction : Hamid Kellay, Daniel Bonn
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Lasers, Matière et Nanosciences
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : Bordeaux en cotutelle avec UNIVERSITEIT VAN AMSTERDAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Ondes et Matière d'Aquitaine
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Matière molle et biophysique
• Jury : Président / Présidente : Philippe Bouyer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hamid Kellay, Thorsten Poeschel, Christophe Josserand, Laurence Ramos, Jean-François Boudet, Daniel Bonn
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thorsten Poeschel, Christophe Josserand

Mots clés

Mots clés libres

Thermodynamique

Fluides complexes

Mécanique des fluides

Thermodynamics

Complex fluids

Fluid mechanics

Résumé

Les impacts de gouttes sont courants dans notre vie quotidienne. Par exemple, des gouttes de pluie impactant diverses surfaces tel que le pare-brise d'un véhicule, les feuilles d'un champ de culture ou du bitume froid en hiver, engendrant la formation de verglas. Les impacts de gouttes sont également utilisés dans différents processus d'ingénierie tels que les sprays pour le revêtement de surfaces ou la peinture, l'irrigation des champs ou l'impression à jet d'encre. Afin d'améliorer ces différents procédés, il est nécessaire de comprendre comment une goutte impacte et s'étale sur une surface sous différentes conditions. Afin d'améliorer ces différents procédés, il est nécessaire de comprendre comment une goutte impacte et s'étale sur une surface sous différentes conditions. Les propriétés rhéologiques de la goutte liquide (tension superficielle, viscosité, fluides non-Newtoniens, présence de polymères ...) et les propriétés de la surface (rugosité, température, mouillabilité) sont importantes à considérer car elles peuvent affecter considérablement la dynamique d'étalement de la goutte. De plus, un impact de goutte est intéressant à comprendre d'un point de vue fondamental car cela implique à la fois des effets visqueux, capillaires et inertiels. Quelques modèles proposent une solution permettant de décrire la dynamique d'étalement de gouttes dans des cas simples. De nombreuses simulations numériques ont été utilisées afin de comprendre l'étalement de gouttes sous conditions. Néanmoins, des expériences sont nécessaires pour comparer les simulations et valider les modèles. Dans cette thèse, nous avons étudié expérimentalement l'impact et l'étalement de gouttes liquides complexes dans différentes conditions. Tout d'abord, la dynamique d'étalement de gouttes newtoniennes et non newtoniennes impactant des surfaces lisses et plates ont été étudiés, ainsi que l'effet de la température de la surface. Par la suite, nous avons étendu cette étude à l'impact de gouttes composites composées de différentes combinaisons d'eau et d'huiles. Enfin, nous avons exploré l'impact et le rebond de balles d'hydrogel et de balles en mousses toutes deux remplies entièrement de liquide : de l'eau pour les balles d'hydrogel, et de l'eau ainsi que de l'huile pour les balles en mousse.

Droplet impacts are common in our daily lives. For instance, a rain drop impacting various surfaces such as a vehicle windshield, leaves in crop fields or a cold sidewalk resulting in the creation of an icy surface. Additionally, droplet impacts play a crucial role in various engineering processes, including surface coating, painting, irrigation, and inkjet printing. To improve processes involving droplet impacts, it is essential to understand how a droplet impacts and spreads across a surface, and that for different conditions. Both the rheological properties of the liquid drop (surface tension, viscosity, Non-Newtonian fluids, the presence of polymers) and the surface properties (roughness, temperature, wettability) considerably affect the dynamics of the droplet spreading. Moreover, droplet impacts raises much interest from a fundamental point of view as it encompasses viscous, capillary and inertial effects. While only few models proposed a solution to describe the dynamics of the spreading and that for simple cases, numerical solutions have been used extensively to understand the dynamic of drop impacts under various conditions. Nevertheless, experiments are needed to be compared to simulations and validate the models. In this Thesis, we investigated experimentally the impact and spreading of complex liquid droplets under various conditions. Our study encompassed the impact and spreading of both Newtonian and Non-Newtonian droplets, as well as the influence of the surface temperature on the droplet spreading. Additionally, impacts of compound drops made of different combinations of water and oils are reported. Finally, we investigated the impacts of soft hydrogel ball and foam ball both filled with a liquid.