Résumé ci-dessous
Soutenance de thèse d’Anthony Varlet
Étalement de fluides en situations complexes : mécanismes de dissipation et instabilités.
La thèse a été dirigée par Philippe Brunet (MSC) et Laurent Limat (MSC) et co-encadrée par Julien Dervaux (MSC) et Matthieu Roché (MSC).
Le cadre de cette thèse s’inscrit dans une étude de physique de mouillage sur un solide déformable, en condition de mouillage partiel. Plus particulièrement, cette étude porte sur la dynamique de mouillage d’un liquide visqueux sur une plaque solide via un système d’enduction par trempage (dip coating en anglais), dans lequel la plaque solide est extraite d’un bain liquide à vitesse constante, vitesse influençant l’épaisseur du film liquide enduisant la surface du solide. Cette technique est utilisée dans l’industrie pour, par exemple, enduire des morceaux de plastique d’une couche de peinture ou dans le domaine alimentaire pour enduire un biscuit de chocolat. En laboratoire, cette technique permet d’étudier la dynamique d’une ligne de contact en reculée comme en avancée, en forçant la ligne avec un déplacement de translation du substrat.
Ce système fait l’objet d’une littérature fournie. En mouillage total, on observe un film liquide enduisant la surface du solide quelle que soit la vitesse d’extraction. L’épaisseur du film liquide est uniforme, variant avec le nombre capillaire (nombre adimensionné comparant forces visqueuses et capillaires) à la puissance 2/3. Cette couche de liquide déposée est ici nommée LLD, en référence à Landau, Levich et Derjaguin qui ont été les premiers ayant établi l’expression reliant vitesse et épaisseur. En mouillage partiel, on observe également un film liquide entraîné mais seulement lorsque le nombre capillaire dépasse une valeur seuil. De plus, la structure du film liquide devient plus complexe, et dépend de la vitesse d’extraction de la plaque. En particulier, le film directement connecté à la ligne de contact est, pour un nombre capillaire donnée, plus épais que la prédiction LLD. Un autre résultat remarquable concerne la vitesse de la ligne de contact qui, dans le repère du laboratoire, est inférieure à la vitesse d’extraction. La différence de ces deux vitesses est constante pour tout nombre capillaire supérieur au nombre capillaire seuil.
Dans cette thèse, nous faisons des expériences de dip coating avec des gels de silicone (PDMS), des solides viscoélastiques suffisamment mous pour être déformés par la résultante des forces capillaires à la ligne de contact, introduisant une source de dissipation d’énergie dans le solide. Avec la possibilité de réticuler le matériau en utilisant des rapports non-stœchiométriques, nous varions à la fois les propriétés élastiques du matériau et la quantité de chaînes non-réticulées qu’il contient. Ces chaînes sont soit partiellement connectées au réseau polymériques (chaînes pendantes), soit complètement libres. Ces catégories de chaîne de polymère participent à la dissipation de l’énergie dans le solide. En caractérisant la quantité de chaînes libres et les propriétés viscoélastiques des matériaux, nous discuterons de nos résultats par rapport à la littérature, tels que la forme du film liquide, sa structure, ainsi que le comportement de la ligne de contact. Nous interpréterons nos observations à l’aune des théories décrivant l’élastomouillage ainsi qu’en fonction des résultats récents concernant l’effet des chaînes mobiles sur la dynamique de mouillage.
