Ecoulements thermogravitaires et thermocapillaires induits par chauffage laser dans des couches liquides

Thermogravitary and thermocapillary flows induced by laser-heating in liquid layers

• Auteur / Autrice : David Rivière
• Direction : Jean-Pierre Delville
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Lasers, matière et nanosciences
• Date : Soutenance le 30/11/2016
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Ondes et Matière d'Aquitaine
• Jury : Président / Présidente : Sakir Amiroudine
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Pierre Delville, Sakir Amiroudine, Damien Baigl, Pascal Panizza, Hamza Chraïbi, Ulysse Delabre, Adrian Daerr, Camille Duprat, Jean-Baptiste Salmon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Damien Baigl, Pascal Panizza
• DOI : 10.70675/165f667dz837dz4928zbc29z650750e651de

Mots clés

Mots clés contrôlés

Films liquides (physique)

Effets des lasers

Écoulement visqueux

Interfaces liquide-liquide

Déformations (mécanique)

Stabilité

Écoulements thermogravitaires

Écoulements thermocapillaires

Mots clés libres

Interface liquide

Laser

Thermocapillaire

Thermogravitaire

Instabilité

Écoulements visqueux

Déformations

Liquid Interface

Laser

Thermocapillary

Thermogravitary

Instability

Viscous flows

Deformations

Résumé

Ce travail de thèse est consacré à l’étude des écoulements thermogravitaires et thermocapillaires induits par chauffage laser dans des couches liquides. Le chauffage d’un système à deux liquides donne naissance à deux effets thermiques. Le premier est dû à la variation de la masse volumique avec la température et le second à la variation de la tension interfaciale avec la température. Nous avons dans un premier temps étudié ces deux contributions séparément. En confrontant expériences, théorie et simulations numériques nous avons démontré que la morphologie des écoulements thermogravitaires dépend de l’épaisseur de la couche liquide ainsi que de la largeur du champ de température. Ensuite nous nous sommes intéressés à l’étude théorique et numérique de l’effet thermocapillaire. Cette étude a révélé qu’il est possible d’étudier les écoulements à partir des déformations d’interface induites par ces mêmes écoulements. Nous avons montré qu’il existe deux régimes de déformations en fonction du rapport de hauteurs et du signe de la variation de la tension interfaciale avec la température. Enfin, nous nous sommes intéressés à la compétition entre ces deux mécanismes. L’analyse des déformations d’interface et la comparaison avec un modèle à une dimension a montré qu’en fonction du rapport de hauteurs des couches liquides nous avons une transition d’un régime d’écoulements thermocapillaires vers une régime d’écoulements thermogravitaires. De plus, nous avons montré expérimentalement et numériquement qu’il est possible d’induire une instabilité d’origine thermogravitaire conduisant à la formation d’un pont liquide.

This thesis work is dedicated to thermocapillary and thermogravitary flows induced bylaser-heating in liquid layers. The laser-heating of a two fluids system induces two thermaleffects. The first effect come from the variation of the density with temperature andthe second one is due to the variation of the interfacial tension with the temperature.In a first part, we study separately these two mechanism. With a comparison betweenexperiments, theory and numerical simulations we demonstrated that the morphology ofthe flows depends on the thickness of the layer and the width of the temperature field.Then, we studied numerically and theoretically the thermocapillary effect. That revealedit is possible to understand the flows from the interface deformations. We highligth theseare two deformation regimes depending the thickness ratio and the sign of the interfacialtension gradient. Finally, we studied the competition between the two mechanism and theexperiments revealed a transition between two flow regimes. The comparison of these resultsand a theoritical model showed there is a transition from a thermocapillary regime to athermogravitary regime. In addition, we showed the possibility to induce an instibility bythermogravitary effect which can lead to the formation of a liquid bridge.