Soutenance de thèse de Baptiste NEEL

Placée sous le signe de la fragmentation des films liquides, cette thèse met l'emphase sur une série d'étapes et de mécanismes pouvant, d'un film suspendu, mener à une assemblée de gouttes : déstabilisation, rupture puis fragmentation. Elle prend appui sur des expériences originales, analysées à l'aide de modèles dont on souligne la portée générale. En guise de prologue, les notions de capillarité, de cisaillement et de viscosité sont abordées et discutées à travers un exemple de déstabilisation Marangoni, d'un filament d'huile visqueuse déposé à la surface de l'eau. La mise en mouvement du filament, alimentée par une différence de tensions superficielles, produit une cascade auto-similaire. Ce phénomène critique est accéléré jusqu'à la dilution complète de l'huile, miscible à l'eau. Sur un film, l'effet Marangoni produit par une perturbation localisée de tension de surface, dont le support (la température ou un soluté) diffuse, est responsable de sa déstabilisation, étudiée au deuxième chapitre. Les équations de l'instabilité linéaire mettent en évidence la prépondérance d'un temps inertiel basé sur la contrainte surfacique tangentielle, ainsi que l'établissement d'un écoulement interstitiel, caractérisé expérimentalement, qui tend à vider le film dans le cas d'un déficit de tension superficielle. Le scénario offre une explication possible au problème de la rupture spontanée des films épais. Les conséquences en matière de stabilité finale du film sont explorées au troisième chapitre, avec la revue des possibles régularisations. La dynamique de rupture est interprétée en termes de choc. Enfin, suivant la rupture d'un film en divers points, la collision de cylindres liquides est isolée et identifiée en tant que mécanisme individuel de fragmentation. L'analyse détaillée de l'impact révèle deux régimes de fragmentation, dont un d'éclaboussures fines et rapides. Le critère de transition est donné, expérimentalement et théoriquement.

This thesis deals primarily with liquid films fragmentation. It consists, thanks to quantitative and original experiments, in the transformation of a free suspended film into a collection of droplets: destabilization, rupture, and fragmentation. In a prologue, notions of capillarity, momentum transfer and viscosity are introduced by the Marangoni-driven destabilization of a thin thread of viscous oil on water. The difference of surface tension feeds an accelerated, critical, self-similar cascade which ends up with the complete dilution of oil into water. When applied to a free film, the Marangoni effect driven by a localized deficit of surface tension, whose carrier (temperature or a solute) is diffusing into the liquid, destabilizes it (chapter two). The linear instability analysis points out the crucial role of an inertial timescale based on the surface shear stress. Experiments validate the prediction of an interstitial flow, which digs out the film in the case of a surface tension deficit. These observations offer new insights into a long-standing problem, namely the spontaneous nucleation of holes on planar liquid films. The third chapter investigates the consequences of the linear instability, as far as the film final stability is concerned, reviewing possible regularizations. The rupture dynamics is described within the framework of shocks. In the final chapter, the collision of liquid cylinders is identified as an individual mechanism for liquid fragmentation. The impact dynamics is analyzed, leading to two principal fragmentation regimes. The onset to the splashing one, which produces fine and fast droplets, is described.