Impact et solidification de grandes gouttes sur solides et liquides

Impact and solidification of large drops on solids and liquids.

• Auteur / Autrice : Thibault Lamy
• Direction : François Boulogne, Emmanuelle Rio
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2025
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : Physique en Ile de France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique des Solides
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Solidification

Thermodynamique

Congélation

Hydrodynamique

Freezing

Hydrodynamics

Thermodynamics

Solidification

Résumé

Les processus de solidification sont utilisés dans une large gamme d'applications, y compris la métallurgie, le refroidissement par pulvérisation, l'impression 3D, ou encore les problèmes de givrage des aéronefs. Les motifs gelés qui en résultent sont influencés par l'interaction détaillée entre la solidification et la capillarité, conduisant à diverses formes, allant de gouttes de glace sphériques à des éclaboussures plates. En effet, la production d'objets non sphériques a été étudiée via la microfluidique et les processus d'auto-assemblage, qui nécessitent tous deux un équipement très spécifique. Il est donc tentant d'explorer comment la solidification pourrait influencer et contrôler la formation d'objets solides. Parmi les différents processus, la solidification lors de l'impact de gouttes liquides a récemment suscité un intérêt croissant, en raison de sa simplicité et de son importance pour les applications aéronautiques dans des conditions de gel. Récemment, nous avons étudié l'impact de gouttes millimétriques d'alcane sur des bains d'eau salée refroidis. Nous avons montré que la morphologie du solide obtenu dépend du choc thermique et de la vitesse d'impact. On observe une transition entre une forme de disque plat et une forme incurvée. Ces observations ont été rationalisées par un modèle mettant en jeu l'apparition des cristaux à l'interface entre la goutte et le bain, dont la percolation fige le système.

Solidification processes are used in a wide range of applications, including metallurgy, spray cooling, 3D printing, and issues related to icing on aircraft. The resulting frozen patterns are influenced by the detailed interaction between solidification and capillarity, leading to various shapes, ranging from spherical ice droplets to flat splashes. Indeed, the production of non-spherical objects has been studied through microfluidics and self-assembly processes, both of which require very specific equipment. It is therefore tempting to explore how solidification could influence and control the formation of solid objects. Among the various processes, the solidification during the impact of liquid droplets has recently garnered increasing interest due to its simplicity and its importance for aerospace applications in freezing conditions. Recently, we studied the impact of millimeter-sized alkane droplets on cooled saline water baths. We demonstrated that the morphology of the resulting solid depends on the thermal shock and the impact velocity. A transition is observed between a flat disk shape and a curved shape. These observations have been rationalized by a model involving the emergence of crystals at the interface between the droplet and the bath, whose percolation freezes the system.