Interactions particules/front de solidification : modelisation et experiences

Interactions of particules with a solidification front: modelisation and experiments

• Auteur / Autrice : PATRICK CASSES
• Direction : Aza Azouni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1994
• Etablissement(s) : Paris 7

Résumé

La comprehension du phenomene de segregation de particules par un front de solidification est d'une importance capitale dans plusieurs domaines d'applications tels que la metallurgie, la science des materiaux, la biologie apres une presentation generale de la solidification, les processus de repulsion ou d'attraction de la particule sont decrits a l'aide des forces exercees sur la particule. Dans le cas ideal (front plan et particule spherique lisse), nous calculons les trois forces agissant sur la particule (pesanteur, visqueuse, disjonction). Ensuite, nous incluons dans les differentes forces la courbure du front et quelques proprietes de surface (rugosite, depot ou absorption, couche poreuse). Nous analysons la deformation du front pres de la particule due a la difference de conductivite thermique entre la particule et la phase liquide. Des simulations numeriques sont effectuees et comparees avec succes aux experiences precedentes entreprises dans notre equipe pour le systeme eau-glace-particules (en nylon et un acier). A partir de la relation fondamentale de la dynamique, les vitesses critiques (vitesse du front au-dessous de laquelle la particule est repoussee et au-dessus de laquelle elle est rattrapee) sont determinees par une nouvelle approche theorique. Les resultats numeriques obtenus concordent avec de recents travaux experimentaux. Enfin, nous avons etudie experimentalement l'influence des proprietes de surface dans des experiences de solidification verticale. Les traitements que l'on a effectues sur la surface des particules en nylon sont les suivants: depot d'une fine couche de carbone et d'or, absorption d'ethanol et depolissage. Ces resultats experimentaux sont en accord avec notre approche theorique (calcul des differentes forces)