Добірка наукової літератури з теми "Lois du mouillage"

Un des objectifs de ce travail est l’autosurveillance des déversements d’un réseau d’assainissement vers le milieu naturel via la configuration spécifique des trop-pleins. La méthode décrite dans le guide n° 3 Coachs est aujourd’hui régulièrement mise en oeuvre pour ce type d’ouvrage. Le présent article présente neuf configurations qui ont été étalonnées par modélisation numérique 3D, car elles sortent de sa gamme d’application. Les lois hauteur-débit obtenues sont comparées à Coachs. Cette démarche montre que la gamme des diamètres peut être étendue aux Ø100 et Ø800, les débords et les obstacles ont peu d’impact. En revanche, une canalisation non perpendiculaire à la paroi de la chambre a un impact significatif sur la loi h/Q du fait de la déformation de la section mouillée et des lignes de courants à l’engouffrement.

Le comportement de surface du melange liquide eau-2,5-lutidine a ete etudie au contact de sa vapeur et de phases solides (silice), a de nombreuses temperatures et concentrations, dans le monophasique et le diphasique, aux alentours du point critique inferieur. Dans le diphasique, des transitions de mouillage ont ete montrees au contact de la silice. Les lois critiques de tension superficielle le long de la courbe de coexistence ont ete etablies. Dans le monophasique, la divergence de l'adsorption a l'interface silice-solution a ete etudiee et mise en rapport avec la transition de mouillage

Une goutte d’eau roule sur une feuille de lotus sacré mais elle adhère à un pétale de rose. Ces deux surfaces présentent, aux échelles micrométrique et nanométrique, une morphologie complexe. Quel est alors le lien entre leur mouillabilité et leur morphologie multi-échelles ? L’objectif de cette thèse est de mener une approche biomimétique pour la conception de surfaces superhydrophobes tout en comprenant les stratégies mises en œuvre par le vivant. Dans une première partie, nous caractérisons des surfaces végétales dont le régime de mouillage est observé directement par microscopie confocale à balayage laser. Nous démontrons que le lotus sacré produit un mouillage en régime mixte métastable caractérisable par une profondeur d’ancrage non nulle des lignes triples à l’équilibre. De plus, nous observons un régime hiérarchique de Wenzel-Wenzel sur le pétale de rose, à rebours des hypothèses de la littérature. De ces observations, nous tirons des questionnements clés que nous confrontons aux modèles actuels de la littérature. Dans une seconde partie, nous adaptons deux approches des phénomènes capillaires à l’étude du piégeage d’air sur une topographie multi-échelles et introduisons la paramétrisation nécessaire à l’étude des régimes de mouillage mixte et de leur robustesse. Nous prédisons la profondeur d’ancrage à l’équilibre sur le lotus sacré en mettant en lumière le rôle de sa topographie nanométrique. Enfin, nous décrivons les mécanismes gouvernant les mouvements à l’avancée et à la reculée et leurs propagations par récurrence à travers les échelles topographiques constituant une surface en introduisant la notion de mouvement précurseur. Nous démontrons l’effet de la profondeur d’ancrage à l’équilibre sur l’hystérèse d’angle de contact et le rôle des sous-échelles topographiques sur la robustesse du régime de piégeage d’air. À travers l’étude expérimentale de surfaces fabriquées par photolithographie, nous confrontons ce modèle à la réalité. Enfin, dans une troisième partie, nous transposons les conclusions issues de ce modèle en un cahier des charges pour la conception de surfaces superhydrophobes robustes, déclinons la stratégie mise en œuvre par la feuille du lotus sacré et proposons deux voies de fabrication de surfaces déperlantes, par recristallisation de cire naturelle et polymérisation deux-photons
A drop of water rolls on the sacred lotus leaf but stay fiercely anchored onto a rose petal. Both surfaces display a complex morphology at the micrometric and nanometric scales. Therefore, one could ask: how are their wettability and their morphology related? The purpose of this dissertation is to carry out a biomimetic approach in order to conceive superhydrophobic surfaces and to better understand nature’s strategies. In a first part, vegetal surfaces have been characterized by directly observing the wetting state they produce with the help of confocal microscopy. We demonstrate the fact that the sacred lotus produces a metastable mixed-state wetting that is characterized by a finite equilibrium anchorage depth of triple lines. On the other hand, a Wenzel-Wenzel hierarchical wetting state is observed on the rose petal, in spite of what literature suggests. From these experiments, key questions have been highlighted and confronted to the current models available within the literature. In a second part, two approaches to capillary phenomena have been adapted to the study of a composite wetting state produced by a multiscale topography. We introduce a complete parameterization allowing us to tackle the problem of the mixed-state wetting and its stability, to predict the value of the equilibrium anchorage depth on the sacred lotus leaf and to identify the contribution of its nanoscale topography to its wetting. Then, we thoroughly describe the mechanisms underlying the advancing and receding motions of triple lines and their recursive propagation across every topographical scale constituting a surface by introducing the notion of precursor motion. We highlight the effect of the equilibrium anchorage depth on the contact angle hysteresis and the role played by topographical subscales on the robustness of the composite wetting state. Through the experimental study of model surfaces manufactured by photolithography, we compare our predictions to reality. Eventually, in a third part, the conclusions drawn from our model are transposed into technical specifications for the conception of robust superhydrophobic surfaces, the strategy of the sacred lotus leaf is thoroughly described and two promising manufacturing processes are proposed through the recrystallization of natural wax and two-photon polymerization

Cette thèse expérimentale porte sur l'évaporation d'une gouttelette mouillante : il s'agit d'un problème de ligne de contact mobile dans lequel deux processus de relaxation aux effets antagonistes (étalement et évaporation) s'opèrent de façon concomitante.
Le travail qui est rapporté fait suite à la thèse de C. Poulard soutenue en 2005 au sein de notre groupe. Il s'est dégagé de ce premier travail de grandes tendances : notamment, la phase de rétraction est caractérisée par l'existence de lois de puissance pour le rayon et l'angle de contact. Ce caractère particulier a donné lieu à un modèle élaboré en collaboration avec M. Ben Amar. Le domaine de validité de ce modèle peut toutefois être amélioré. Le manuscrit prend ainsi la forme d'une discussion illustrée de faits expérimentaux, où les hypothèses sont reprises, les processus invoqués, testés et au cours de laquelle l'accent est mis sur les points importants en vue d'une meilleure description de la dynamique de ces objets volatils.
Soulignons qu'en raison de la forme particulière du taux d'évaporation, la ligne de contact recule alors que l'angle de contact n'est pas nul. Or, cet angle est particulièrement significatif dans les dynamiques. Un accent particulier est porté sur la forme de l'interface liquide au niveau de la ligne de contact, gouvernée par un réel problème d'hydrodynamique. Notamment, des tests précis sur le couplage entre l'évaporation et les écoulements hydrodynamiques à l'extension maximale sont menés et les résultats de cette étude sont appliqués avec succès à la remise à l'échelle des dynamiques.
Nous abordons dans une seconde partie, la question peu typique de l'évaporation d'une goutte de mélange. Dans un tel système, l'évaporation provoque un défaut du composé le plus volatil au niveau de la ligne de contact. Nous verrons dans cette partie que les hétérogénéités ainsi créées sont à l'origine de gradients de tension de surface qui contrôlent les dynamiques.

Dans ce travail, nous avons étudié certains aspects fondamentaux (i) du mouillage, (ii) de germination aux interfaces réactives et au sein de la brasure et (iii) de la cinétique de croissance de couches intermétalliques au cours de l'assemblage par brasage en électronique (système Cu/liquide Sn).Le mouillage de Cu, Ag et de leurs composés avec Sn (Cu3Sn, Cu6Sn5 et Ag3Sn) par les brasures liquide Sn-Cu a été étudié par la technique de la goutte déposée dans un four à vide et suivi d'une caméra rapide. Dans la gamme de températures 300-6000C, la première étape de mouillage a lieu en moins de 10 ms et la vitesse d'étalement est d'environ 0.25 m.s-1. Au cours de cette étape (étalement non réactif) la cinétique d'étalement est pratiquement indépendante de T et similaire à celui non réactif du Pb liquide sur Cu. L'angle de contact d'équilibre de Sn liquide sur une surface non-réagi de Cu est inférieur à 300. Les angles de contact non réactifs sur Cu3Sn, atteints en moins de 10 ms, diminuent de 23 à 100 lorsque T augmente de 300 à 5000C. Au cours du mouillage sur Cu6Sn5 à 3900C, de faibles angles de contact (200) sont atteints en moins de 10 ms. Les résultats des expériences de mouillage sur Ag et Ag3Sn ont permis de proposer un mécanisme d'étalement en deux étapes: une première étape de mouillage non réactif très rapide et une seconde de mouillage réactif lente.En mettant en œuvre un dispositif expérimental d'immersion rapide et les techniques de TEM et SEM-FEG, nous avons réussi à étudier, pour la première fois, la séquence de formation des intermétalliques à l'interface Cu/alliage liquide au début de la réaction (1 ms à 1 s) à 2500C. Ces expériences donnent, pour la première fois, la réponse à une des questions les plus ouvertes et intéressantes concernant le brasage en électronique: la première phase qui se forme à l'interface Cu/Sn liquide est Cu6Sn5. Ensuite, nous avons développé une approche théorique sur les critères de suppression de la seconde phase (Cu3Sn) en supposant que Cu6Sn5 est la première qui se développe à l'interface sous forme d'une couche continue. Par ailleurs une modélisation théorique des étapes antérieures, lorsque la germination d'un embryon isolé de Cu3Sn se développe, est proposé.La cristallisation de l'alliage eutectique Sn-Cu a été étudiée par DSC en appliquant des cycles thermiques de fusion complète et partielle. Différentes catégories de degrés de surfusion ont été obtenues. En particulier, des degrés de surfusion faibles (1-7K) ont été détectés pour la première fois dans le cas de la fusion partielle. Une approche théorique sur la nucléation hétérogène est développée et les sites responsables de la germination ont été proposés.La comparaison directe de la cinétique de croissance dans le couple standard Cu/Sn liquide et celui incrémental Cu3Sn5/Sn liquide nous a permis de proposer un mécanisme de croissance de Cu6Sn à l'interface de Cu/Sn liquide. Les résultats obtenus sont compatibles avec le modèle FDR.Des expériences spécifiques de réactions interfaciales entre Cu et l'alliage liquide métastable Sn-0.7wt.%Cu à 2220C et pour des temps de réaction aussi long que 32 h ont été effectuées pour la première fois. Ceci est réalisé par des expériences spécifiques de DSC afin de contrôler l'état physique de l'alliage et la température. La comparaison directe des cinétiques de croissance et de la morphologie des couches réactionnelles formées entre les couples Cu/liquide et Cu/solide, à la même température, a conduit à la conclusion suivante: la grande différence de cinétique de croissance est due à la diffusion à l'état liquide par l'intermédiaire des canaux liquide de largeur nanométrique formés entre les joints de grains de Cu6Sn5 et/ou par des canaux cylindriques de rayon de quelques dizaines de nm formées aux joints triples des grains de Cu6Sn5. Une évaluation théorique de la largeur de ces canaux est effectuée pour la première fois et son évaluation est cohérente avec le modèle FDR
In this work we have studied some fundamental aspects of (i) wetting, (ii) nucleation at reactive interfaces as well as inside the solder bulk and (iii) growth kinetics of intermetallic layers during a soldering process in electronic industry (Cu/liquid Sn system).Wetting of metallic substrates Cu, Ag and their intermetallics with Sn (Cu3Sn, Cu6Sn5 and Ag3Sn) by liquid Sn-Cu solders was studied by the dispensed drop technique in a high-vacuum furnace and using a rapid camera for recording the spreading process. In temperature range 300-600C, the first stage of wetting of Cu by liquid alloy occurs in less than 10ms and the spreading rate is about 0.25 m.s-1. During this stage (non reactive spreading) the spreading kinetics is practically temperature independent and similar to that of the non-reactive liquid Pb on Cu. The equilibrium contact angle of liquid Sn on a non-reacted and clean surface of Cu is lower than 300. The non-reactive contact angles on Cu3Sn, attained in less than 10 ms, decrease from 23 to 100 when T increases from 300 to 500C. During wetting of Cu6Sn5 at 390C, low contact angle of about 20 are attained in less than 10 ms. Results of wetting experiments of Ag and Ag3Sn substrates allowed to propose a mechanism of the spreading kinetics in two stages: a very rapid non reactive wetting and a slow reactive wetting stage.By implementing a fast dipping experimental set-up and SEM-FEG and TEM techniques, we succeed to study for the first time the sequence of formation of intermetallics at the Cu/liquid alloy interface at the very beginning of reaction (1 ms to 1 s) at 250C. These experiments give, for the first time, the answer to one of the most challenging questions in soldering: the first phase that appears at Cu/liquid Sn interface is the Cu6Sn5 phase. Afterwards, we developed a theoretical approach on the suppression criteria of the second phase formation (Cu3Sn) by assuming that Cu6Sn5 is the first phase that grows at the interface in form of a continuous layer. Moreover, a theoretical modeling of even earlier stages of the isolated nucleus of Cu3Sn phase nucleation is developed.Crystallization of eutectic Sn-Cu alloy was studied by performing specific DSC experiment by applying thermal cycles of complete and partial melting of the solder. Different categories of the undercooling degrees are obtained. In particular, low undercooling degrees (1-7K) are detected for the first time in the case of partial melting. A theoretical approach on heterogeneous nucleation is developed and the responsible sites of nucleation in the case of low undercooling degrees are proposed.Direct comparison of Cu6Sn5 growth kinetics in standard Cu/liquid Sn and in incremental Cu3Sn/liquid Sn couple gave a link with the operating mechanism of the Cu6Sn5 phase growth at solid Cu/liquid Sn interface. The obtained results are also consistent with the FDR model.Specific experiments dealing with interfacial reactions between Cu substrate and metastable liquid Sn-0.7wt.%Cu alloy at 222°C for reaction times as long as 32 h were performed for the first time. This is achieved by performing specific DSC experiments in order to monitor and control the physical state of the alloy as well as to set the accurate reaction temperature. Direct comparison of Cu/liquid and Cu/solid solder growth reaction kinetics and layer morphology at the same temperature lead to the conclusion that the large difference in the growth kinetics between the two couples can be explained if the growth occurs by the liquid state diffusion via the liquid channels of nanometric width formed between grain boundaries of Cu6Sn5 phase and/or by cylindrical channels of radius of some tens of nanometers formed at the triple line junctions of Cu6Sn5 scallops. A theoretical evaluation of the liquid channel width is performed for the first time. Evaluation is consistent with the FDR model

Les fluides complexes tels que les gels, les pâtes ou les émulsions présentent une large gamme d'applications, tant dans la vie quotidienne que dans l'industrie. Parmi ces fluides, les fluides dits ”à seuil” se comportent soit comme des solides élastiques, soit comme des fluides nonnewtoniens selon la contrainte qu'on leur applique. Ces propriétés sont décrites par des lois phénoménologiques (telle que la loi d'Herschel Bulkley), bien que leurs origines soient encore mal comprises. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la question des petites échelles, où la structure et les phénomènes interfaciaux jouent des rôles prépondérants dans les écoulements. Ce travail expérimental a été essentiellement mené sur du carbopol, un microgel de polymères et un fluide à seuil modèle. L'étude se concentre essentiellement sur trois points : – La caractérisation rhéologique et structurale des échantillons. L'accent est porté sur l'influence du protocole de préparation sur les propriétés des gels.– Le cas des écoulements confinés de fluides complexes. Ce travail met en évidence l'existence d'effets non-locaux aux échelles micrométriques, faisant intervenir une taille caractéristique interprétée dans le cadre du modèle de fluidité. – Les ascensions capillaires de fluides complexes, aux échelles millimétriques. En revisitant l'expérience classique des ascensions capillaires dans le cas des fluides complexes, cette étude propose une extension de la loi de Jurin au cas des fluides à seuil. Il est montré que cette expérience simple permet de mesurer la tension de surface et quelques paramètres rhéologiques de fluides complexes tels que le seuil et l'exposant d'Herschel-Bulkley
Complex fluids such as gels, pastes or emulsions have a wide range of applications, both in everyday life and in the industry. Among them, Yield Stress Fluids (YSF) behave either as solids or as non-Newtonian fluids depending on the shear stress applied. These features are modeled by phenomenological laws ( such as the Herschel-Bulkley one ) although their origins are still poorly understood. In this thesis, we focus on the issue of small lengthscales where the structure and interfacial phenomena play predominant roles in the flows. This experimental work was essentially carried out on carbopol, a polymer microgel and a model YSF. The study mainly focuses on three points : – The rheological and structural characterization of the samples. The emphasis is put on the influence of the preparation protocol on the microgel properties. – The case of confined flows of complex fluids. This work highlights the existence of nonlocal effects at the micrometer scales, involving a characteristic length, interpreted in the frame of the fluidity model. – Capillary ascents of complex fluids, involving millimeter scales. This work suggests an extension of Jurin’s law to the case of YSFs. It is shown that this simple experiment allows to measure the surface tension and some rheological parameters of complex fluids such as the yield stress and the Herschel-Bulkley exponent

Cette thèse met en évidence différents effets géométriques intervenant dans des phénomènes de mouillage. La première partie est dédiée à l'élaboration d'un modèle d'interactions dans le liquide permettant de déterminer, à partir de la géométrie de l'interface, la distribution des forces capillaires à l'échelle moléculaire. Nous proposons dans ce cadre une interprétation de la construction d'Young en tant qu'équilibre des forces dans un coin de liquide. Ce modèle est ensuite appliqué dans la deuxième partie à diverses situations mettant en jeu la capillarité aux échelles moléculaires. La tension de ligne est étudiée grâce à des simulations de dynamique moléculaire et une interprétation géométrique du phénomène est présentée. L'existence d'un film de prémouillage est prédite lors de la saturation du phénomène d'électromouillage. Ce modèle fait en outre ressortir une distribution des forces tout à fait particulière dans un solide au voisinage de la ligne de contact, dont les effets ne sont visibles que lorsque le substrat est déformable. Ainsi, une confirmation expérimentale de l'existence d'une pression de Laplace supplémentaire lorsqu'un solide est immergé est apportée. Nous étudions ensuite l'influence de la mouillabilité du liquide sur le fléchissement et le flambage d'une plaque élastique sous l'effet de cette distribution de forces capillaires. Pour finir, la transition de démouillage dynamique par entraînement d'air est examinée, et nous mettons en évidence le rôle crucial de la dissipation dans l'écoulement de l'air lorsque celui-ci est entraîné et confiné sous le liquide.

Dans un contexte de limitation de la consommation en énergie fossile et de développement durable, les pompes à chaleur présentent un intérêt majeur. Les obstacles rencontrés, notamment le givrage compact, freinent leur utilisation. La mise en place de nouveaux matériaux, par exemple par des propriétés de mouillage particulières, est une voie innovante. L’étude des déplacements de gouttes et de ponts entre ailettes, par résolution des équations de Navier-Stokes, permet de comprendre localement les écoulements et de caractériser l'effet du mouillage (modèle numérique d'angle de contact) et du confinement. Plusieurs études ont été menées sur des gouttes et des ponts liquides, soumis à des écoulements sur parois inclinées, lors desquelles des comportements significatifs ont été mis au jour et permettent de mettre en place des solutions efficaces pour les enjeux industriels. Une approche des phénomènes de mouillage extrêmes (superhydrophobie) a été réalisée et montre leur intérêt d’un point de vue performance. En revanche, le coût nécessaire pour réaliser les simulations reste très important, et des pistes ont été abordées pour palier à cette difficulté. En parallèle, une méthode de changement d’état a été développée dans le code de calculs scientifiques Thétis pour prédire l'évacuation de la glace lors du dégivrage sur des géométries simples ou réelles. Cette approche originale basée sur la méthode Volume Of Fluid, dérivée de méthodes existantes en Front-Tracking, montre une faisabilité et une efficacité intéressante
In a context of limiting the consumption of fossil energy and of sustainable development, heat pumps are of major interest. Some issues, including icing compaction, reduce its use. The introduction of new materials, including special wetting properties, is an innovative way. The study of displacement of drops and liquid bridges between fins, by solving the Navier-Stokes equations, allows us to understand local flows and to characterize the effect of wetting (numerical model of contact angle which depends on controlling the smoothing of Volume Of Fluid function) and of containment. Several studies have been conducted on the drops and liquid bridges submitted to flow on sloping walls, driving to significant behaviors. These studies can implement effective solutions to industrial difficulties. An approach to extreme wetting phenomena (superhydrophobicity) was performed and showed their interest to a good evacuation efficiency but also the cost to achieve the simulations. Several possibilities were discussed to overcome this difficulty. In parallel, a method of phase change was developed in the code of scientific computing Thetis to simulate the evacuation of ice during defrosting periods on simple geometries or more complex ones. An innovative approach based on Volume Of Fluid method, derived from methods available in Front-Tracking shows its feasibility and efficiency

On a etudie les interactions entre verre et metal a haute temperature, afin de resoudre des problemes de collage entre emaux pour les vitrages automobiles et revetements metalliques recouvrant la matrice de formage (tissu metallique). La realisation d'un test reproduisant les conditions de mise en forme a permis de quantifier la force de collage. Les resultats experimentaux ont montre que la viscosite de la phase vitreuse est l'un des parametres les plus importants. Nous avons modelise la force de collage en fonction de celle-ci. Nous avons ainsi pu mettre en evidence l'influence du facteur mecanique (accrochage par inter-penetration du verre et des fibres metalliques en contact) et de la composition chimique. On a montre aussi que l'on peut s'opposer a l'effet de la viscosite en jouant sur des parametres directement lies a l'email. L'examen des proprietes electriques des verres ne nous a pas permis d'etablir une correlation evidente entre ces proprietes et la force de collage. Cependant, on a constate qu'en appliquant une tension continue au systeme email/revetement de matrice, il etait possible de diminuer la force de collage entre email et tissu metallique. La mesure de l'intensite en fonction de la tension appliquee nous a permis, en faisant un parallele avec ce que l'on connait sur la corrosion des metaux dans des electrolytes aqueux, de donner une interpretation des phenomenes conduisant a la diminution de la force de collage.