Dépôt de fluide complexe sur des surfaces

Sujet de thèse :
Dépôt de fluide complexe sur des surfaces texturées : Influence du glissement
La formulation de la plupart des fluides de notre vie quotidienne – comme les émulsions, les pates ou les plastiques
liquides - est compliquée : outre les molécules du solvant, ils comportent souvent des éléments comme des particules,
des gouttes ou des polymères, de taille micrométrique - intermédiaire entre la taille des molécules du solvant et celle
du récipient. A cause de cette structuration mésoscopique, ces fluides ne s’écoulent pas comme des fluides simples :
certains ne se mettent en écoulement qu’au-delà d’une contrainte dite contrainte seuil, d’autres sont d’autant moins
(ou plus) visqueux, qu’ils s’écoulent rapidement ou lentement etc.
Déposer ces fluides complexes sur des surfaces solides soulève différentes questions : à l’échelle macroscopique,
quelle est l’épaisseur déposée en fonction de la géométrie de l’expérience ou de la vitesse de l’instrument ? A l’échelle
mésoscopique, quelle est la composition de la couche déposée et comment le dépôt est-il modifié lorsque l’épaisseur
de la couche et la dimension des éléments mésoscopiques du fluide deviennent du même ordre de grandeur? A
l’échelle microscopique, quel est le profil de vitesse de l’écoulement proche de la paroi et comment ce profil est-il
modifié en fonction de la rugosité ou de la composition des parois. Des éléments de réponse, donnés à l’échelle
macroscopique [1] ont notamment mis en évidence un fort couplage entre les différentes échelles du problème. Ainsi,
des grandeurs macroscopiques comme l’épaisseur déposée ou la vitesse moyenne de déplacement dépendent
fortement de l’écoulement méso et microscopique, et notamment de la capacité du fluide à glisser le long de
l’interface ou non.
Dans cette thèse, on cherchera à quantifier expérimentalement ce couplage multi-échelle et l’influence du glissement
sur le dépôt. Différentes techniques d’imagerie présentes au laboratoire Navier comme la microscopie confocale,
l’IRM ou la tomographie X seront utilisées. Pour caractériser finement la nature de la couche déposée, on s’intéressera
notamment au profil de vitesse et à la concentration des éléments mésoscopiques dans la couche déposée pour
différentes situations (régime transitoire ou permanent) et géométries (axisymétriques ou planes). On sondera
également l’influence de la nature et la rugosité des parois qui seront structurées avec les technologies de
microfabrication développées à l’ESIEE à des échelles nanométriques (black silicone) et micrométrique (lithographie)
[2]. Les résultats seront modélisés et discutés notamment dans le cadre de travaux récents sur le glissement obtenus
dans des géométries différentes [3-6].
Les laboratoires Navier et ESYCOM sont des unités mixtes (respectivement de l’école des Ponts Paris Tech, du CNRS,
de l’IFSTTAR et de l’ESIEE) situées sur le site de l’Université Paris-Est (Champs sur Marne). Ils font partie des 5 membres
du Laboratoire d’Excellence « Modélisation et Expérimentation Multi-échelle pour les Matériaux de la Construction
Durable » soutenu dans le cadre des Investissements d’Avenir. La thèse se déroulera au sein des équipes Physique
des Milieux Poreux et Rhéophysique du laboratoire Navier en lien étroit avec l’équipe Capteurs, Microsystèmes de
Mesure de l’ESYCOM.
Cette thèse peut convenir à un physicien ou un mécanicien. Allocation : 2100 euros brut/mois.
Contact : P. Coussot ([email protected]), E. Lorenceau [email protected]),
[email protected]
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P.Basset
M. Maillard, J. Boujlel, P. Coussot, Solid-solid transition in Landau-Levich flows of soft-jammed systems, Phys. Rev. Lett.,
112, 068304 (2014)
D. A. Saab et al., Static and Dynamic aspects of black silicon formation, Phys. Rev. Lett., 113, 265502 (2014)
J.R. Seth, M. Cloitre, R.T. Bonnecaze, Influence of short-range forces on wall-slip in microgel pastes, JOR, 52, 1241 (2008)
J.R. Seth et al., How do soft particle glasses yield and flow near solid surfaces? Soft Matter, 8, 140 (2012)
V. Mansard, L. Bocquet, A. Colin, Boundary conditions for soft glassy flows: slippage and surface fluidization, Soft Matter,
10, 6984 (2014)
J. Goyon et al., Spatial cooperativity in soft glassy flows, Nature, 454, 84 (2008)