Modélisation et simulation numérique du démouillage de fluides newtonien et viscoélastique

Modelling of Newtonian and viscoelastic dewetting flows

• Auteur / Autrice : Nicolas Hertel
• Direction : Rudy Valette
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique numérique et Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 02/11/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Mise en Forme des Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Calcul Intensif et Mecanique des Fluides
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Mines Paris-PSL

Mots clés

Mots clés libres

Modélisation

Simulation numérique

Démouillage

Fluide viscoélastique

Modelling

Numerical simulation

Wetting

Viscoelastic flow

Résumé

Le mouillage (mise en contact d'un matériau avec une surface solide) et le démouillage (retrait du matériau sous l'effet de différentes forces) sont des processus importants pour de nombreuses applications telles que l'adhérence, la lubrification, la peinture, l'impression, la locomotion, les revêtements protecteurs... Lors de leur décollement d'un substrat solide, de nombreux matériaux industriels ou naturels dissipent une quantité d'énergie spectaculairement plus grande, typiquement 100 à 1000 fois supérieure, que l'énergie requise pour passer d'une interface matériau/substrat à deux interfaces matériau/air et substrat/air. En effet, la dissipation due à l'écoulement du matériau domine dans ce cas. Le mouvement de l'interface matériau – substrat - air, appelée ligne triple, est alors affecté par des mécanismes opérant à plusieurs échelles, induisant d'éventuelles instabilitées non encore comprises à ce jour, par exemple le développement de fibrilles dans le cas de matériaux viscoélastiques. L'objectif de cette thèse est de proposer une modélisation et d'étendre un code de simulation 3D d'écoulement de fluides viscoélastiques par méthode éléments finis couplée à une méthode levet-set pour prendre en compte l'interface matériau/air et une méthode de zones cohésives pour prendre en compte l'interface matériau/surface solide. Ces développements se feront sur la base de la bibliothèque éléments finis parallèle développée au laboratoire.

We can define wetting as the spreading and contact of a material with a solid surface, and de-wetting as the process of removing the material using a specific force (capillary or external). Wetting is an important process for a lot of applications, for example: adhesion, lubricating, painting, printing, locomotion, protective coatings During dewetting of a solid substrate, a lot of industrial or natural liquid materials dissipate the a very large quantity of energy, between 100, 1000 times larger than the one required to create the resulting interface. In fact, dissipation is created mostly by material flow in this case. The displacement of the material-substrate-air interface, called triple line, induces mechanisms at a large spectrum of space and time scales, including flow instabilities. In the case of viscoelastic materials, for example, we observe the creation and development of fibrils. The objective of this thesis is to propose a model and develop a finite element method coupled to a level-set code to simulate and analyze viscoelastic flows in 3D, with a specific attention on the material/air interface. Alternatively, a cohesive zone method is used to consider the material/solid surface interface. The developments will use a finite-element, multithreaded library developed in the laboratory.