Rebonds complexes

Complex Repellency

• Auteur / Autrice : Aditya Jha
• Direction : David Quéré, Christophe Clanet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 08/02/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physique et mécanique des milieux hétérogènes (Paris ; 1997-....) - Physique et mécanique des milieux hétérogènes (Paris ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuelle Rio
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Quéré, Christophe Clanet, Stéphane Dorbolo, Christophe Raufaste, John W. M. Bush
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Dorbolo, Christophe Raufaste

Mots clés

Mots clés libres

Hydrophobie

Impact de gouttes

Fluides complexes

Solides mous

Hydrophobicity

Drop impact

Complex fluids

Soft solids

Résumé

Les surfaces superhydrophobes nous offrent une remarquable capacité à rester secs face à l'eau et, en outre, à renvoyer les gouttes d'eau qui les trappent, comme une balle élastique rebondit sur une surface solide. La nature du fluide peut changer la nature de l'impact et supprimer le rebond, faisait perdu leur interhat{e}t à des substrat remarquables. Dans le premier cas, nous mettons ces surfaces à l'épreuve de fluides de plus en plus visqueux et découvrons que la viscosité doit être augmentée de deux ordres de grandeur avant que la répulsion ne soit éliminée par la dissipation visqueuse globale. Dans le second cas, nous augmentons la mouillabilité de la goutte par l'ajout de tensioactifs, qui pourraient également changer le rebond en dépôt. Cependant, de manière surprenante, alors que certains tensioactifs augmentent le temps de contact de la goutte avec le substrat, d'autres rebondissent comme s'il n'y avait pas de savon dans la goutte. Le résultat de l'expérience d'impact dépend donc de la nature du tensioactif utilisé. Les fluides complexes comme les solutions de polymères sont bien connus pour favouriser le dépôt de gouttes sur des surfaces répulsives, même s'ils sont présents à de faibles concentrations. Nous explorons cette tendance au dépôt pour de gouttes contenant des polymères de différents poids moléculaires à des concentrations variables et sur des surfaces de mouillabilités différentes. Nous trouvons que ce n'est pas tant la rhéologie de la goutte polymère impactante que le dépôt du polymère sur le substrat qui réduit la capacité de décollage de la goutte.Par ailleurs, nous modifions la nature du substrat en utilisant des solides mous comme des gels qui se déforment avant que la goutte à entre en contact avec la surface, retardant la coalescence qui serait autrement fais significativement quasi-instantanée. Nous constatons que la coalescence peut être encore retardée en faisant vibrer le gel avant l'impact de la goutte. Dans la dernière section, nous nous concentrons sur le processus de séchage d'un film mince présent sur des surfaces superhydrophobes et explorons expérimentalement la modification du comportement du démouillage en changeant la géométrie de la surface.

Superhydrophobic surfaces present us with a remarkable ability to stay dry against water and furthermore, induce bouncing of impacting water drops that behave like elastic balls bouncing off a solid surface. Modification of the nature of the fluid can change the nature of impact and suppress the bouncing thus, killing repellency on these remarkable substrates. In the first instance, we put these surfaces to test against increasingly viscous fluids and find that the viscosity must be raised by two orders of magnitude before the repellency is killed by bulk viscous dissipation. In the second case, we look at the effect of an increased wettability by the addition of surfactants, which could also transition the outcome of impact from bouncing to deposition. However, surprisingly while some surfactants increase the contact time of the drop with the substrate, others bounce as if there were no surfactant in the drop. The outcome of the impact experiment thus also depends on the nature of surfactant used. Complex fluids like polymers are well known to increase the deposition of drops on repellent surfaces, even if present at low concentrations. We comparatively explore this tendency of deposition by considering drops containing polymers of different molecular weights at varying concentrations. We find that it is not the rheology of the impacting polymeric drop but the deposition of the polymer on the substrate which reduces the take-off ability of the drop.We also modify the nature of the substrate by using soft solids like gels which deform before the drop touches the surface, resulting in a delay of coalescence. We find that this coalescence can be further and dramatically delayed by vibrating the gel before the drop impact. In the last section, we focus on the process of drying of a thin film present on superhydrophobic surfaces and experimentally explore the modification of the behaviour of dewetting by changing the geometry of the surface.