Textures fonctionnelles : aérophilie, propulsion et friction spéciale

Functional textures : aerophilicity, propulsion and specific friction

• Auteur / Autrice : Hélène de Maleprade
• Direction : David Quéré
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 09/09/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Hydrodynamique de l'École polytechnique (Palaiseau, Essonne) - Laboratoire d'hydrodynamique / LadHyX
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École polytechnique (Palaiseau, Essonne ; 1795-....)
• Jury : Président / Présidente : Lydéric Bocquet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Quéré, Robert E. Cohen, Christophe Clanet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benjamin Dollet, Élise Lorenceau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux poreux

Bulles

Gouttes

Mouillage (chimie des surfaces)

Frottement

Rugosité

Interfaces solide-liquide

Mots clés libres

Textures

Propulsion

Mouillage

Bulle

Etalement

Friction

Textures

Propulsion

Wetting

Bubble

Spreading

Friction

Résumé

La thèse porte sur l’étude de l’influence des textures sur le mouillage et la propulsion. Trois situations ont été considérées, selon la taille des textures utilisées.Des textures nanométriques hydrophobes permettent d’obtenir des surfaces aérophiles. Lorsque ces surfaces sont immergées dans un bain, elles restent recouvertes d’un fin film d’air et ouvrent toute une classe de nouveaux problèmes de mouillage, où les interfaces gaz – liquide sont inversées par rapport aux situations traditionnelles. Nous avons décrit l’étalement d’une bulle d’air sur une surface aérophile, la dépression capillaire ou encore la dynamique de bulles sur des fils.En situation de lévitation, des textures de l’ordre du millimètre permettent de rediriger efficacement le flux d’air qui sépare un objet de son support. L’écoulement étant contrôlé, une direction privilégiée peut être choisie et l’objet se trouve alors efficacement propulsé. Selon l’emplacement des textures, un entrainement visqueux ou une propulsion par effet fusée peuvent être observés.Sur des créneaux millimétriques recouverts de nanotextures hydrophobes, l’eau est en situation non-mouillante. Il suffit d’une toute petite inclinaison de la surface pour qu’une goutte dévale, et elle atteint rapidement des vitesses importantes puisque la friction est très faible. La présence des macrotextures sur la surface permet de ralentir considérablement la goutte : l’étude a porté sur l’optimisation du contrôle d’une goutte, éventuellement visqueuse.

This thesis deals with the influence of textures on wetting and propulsion. Three situations have been considered, depending on the texture size.Aerophilic surfaces can be obtained with hydrophobic nanometric structures. When immerged in a liquid bath, these surfaces remain covered by a thin plastron of air. This oppens a new class of problems where gas – liquid interfaces are exchanged, compared to usual studies. We described the spreading of an air bulle over an aerophilic surface, capillary depression and the dynamics of a bubble on a wire.Millimetric sutructures allow an efficient redirection of the air cushion between a levitating object and its substrate. Because the flux is controlled, a specific direction can appear, and the object is efficiently propelled. Depending on the textures location, viscous entrainement or rocket effect can be the propulsive mechanism.Hydrophobic nanotextures are used to generate non-wetting situation of water. A tiny angle of tilt of the surface is enough to see a drop mouving; its velocity is high because of the low friction. Macrotextures, as millimetric crennels slow down very efficiently the drop: the study optimized the control of the drop (possibly viscous) motion.