Dissertations / Theses: 'Gouttes'

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Aussillous, Pascale. "Les gouttes enrobées." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00003630.

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Abstract:

Nous montrons comment réaliser des « gouttes enrobées », qui sont des gouttes de liquide recouvertes d'une poudre hydrophobe qui se fixe à leur surface. Le liquide est ainsi isolé totalement du substrat solide ce qui conduit à du non-mouillage parfait. Nous avons étudié les lois de « contact » entre ces billes molles et leur substrat (les petites gouttes sont presque parfaitement sphériques), et nous avons décrit les processus de dissipation associés aux mouvements. Par exemple, déposées sur un plan faiblement incliné, les petites gouttes visqueuses dévalent plus vite que les grosses ce qui montre une loi de dissipation inhabituelle. À grande vitesse, les gouttes adoptent des formes remarquables (formes à 2 lobes, disques, formes biconcaves, roues), qui correspondent à l'équilibre entre la force centrifuge et le rappel capillaire. Nous avons étudié les transformations intervenant entre ces différentes configurations. Nous avons aussi étudié la robustesse de ces objets en observant par exemple leurs propriétés de rebond. Dans la continuité de ces résultats, nous avons créé (à l'échelle du laboratoire) des tectites artificielles (pierres résultant de l'impact de météorites sur la Terre). Nous utilisons de l'étain fondu pour reproduire un fluide en rotation qui se solidifie. Nous nous sommes enfin intéressés à un autre cas de « non-mouillage » qui consiste à placer une bulle d'air dans un liquide visqueux sous un plan légèrement incliné, totalement mouillé par le liquide. Nous avons ainsi montré que pour les grosses bulles la dissipation visqueuse intervient principalement dans une zone appelée « ménisque dynamique », ce qui fixe la vitesse de remontée de ces bulles.

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Kalaaji, Ahmad. "Etude expérimentale de formation contrôlée de gouttes et de micro gouttes." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2003. http://www.theses.fr/2003GRE10113.

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Planchette, Carole. "Collisions de gouttes asymétriques." Phd thesis, Université Paris-Est, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00647892.

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Abstract:

Dans cette thèse expérimentale, on s'intéresse aux collisions de gouttes mettant en jeu des interfaces asymétriques, soit deux gouttes constituées de liquide différent ou des gouttes de taille différente et recouvertes (ou non) d'une couche de particules hydrophobes. Dans une première partie, on étudie les collisions de gouttes de liquide immiscible. L'asymétrie de tels systèmes repose alors sur le contraste des propriétés des deux liquides : la tension de surface, la viscosité et la densité. Le résultat de ces collisions est une encapsulation totale d'un liquide par un autre ou une encapsulation suivie d'une fragmentation. On s'attache à décrire les régimes observés et à établir des lois permettant de prédire les limites de fragmentation de l'objet obtenu. La seconde partie est consacrée aux interfaces couvertes de particules hydrophobes. Pour ces systèmes, l'asymétrie réside à la fois dans la présence des particules sur une interface et pas sur l'autre et dans le contraste de taille entre les objets étudiés. Ainsi, on considère l'impact entre une petite goutte (recouverte ou non de particules) et une très grosse goutte (recouverte ou non de particules). On caractérise tout d'abord les propriétés mécaniques de ces interfaces via la propagation d'ondes de surface, notamment en terme de tension de surface effective et de module de courbure. Puis, on sonde, dans différentes situations d'impact, la robustesse de ces objets afin d'évaluer la capacité de ces couches particulaires à prévenir la coalescence

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Alary, Thomas. "Étude de l'impact de gouttes surfondues sur une paroi." Electronic Thesis or Diss., Toulouse, ISAE, 2024. http://www.theses.fr/2024ESAE0008.

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Abstract:

La sécurité des vols est un prérequis en aéronautique et le givrage est une des principales sources d’incidents. L’accrétion de givre, créée lors de la collision de gouttes d’eau surfondues présentes dans les nuages, peut détériorer les performances aérodynamiques de l’aéronef, obstruer des capteurs ou endommager les moteurs. Il est donc essentiel de comprendre le phénomène d’impact de gouttes d’eau en conditions givrantes pour pouvoir prédire la quantité de glace qui peut se former et assurer un dimensionnement suffisant des systèmes de protection contre le givre. Ce phénomène a largement été étudié dans la littérature mais seulement pour de faibles vitesses d’impact de goutte. La nouvelle soufflerie givrante de l’ONERA a permis d’accéder à des régimes d’impact de gouttes plus en accord avec la réalité rencontrée par les aéronefs. Cette thèse se concentre sur l’impact de goutte d’eau sur une paroi pour des nombres de Weber et de Reynolds qui varient respectivement de 15 000 à 170 000 et de 11 000 à 45 000. L’étude de l’impact des gouttes d’eau a été réalisée grâce à un système de détection et de visualisation puis avec un Phase Doppler Analyser pour caractériser les gouttes secondaires créées lors de l’impact. L’impact sur une surface sèche et horizontale a été étudié mais d’autres paramètres tels que l’angle d’impact, l’état de surface, la pression du gaz, la température ont été étudiés pour quantifier leurs influences sur le splashing. Il a été montré que pour les gammes de nombres de Reynolds et de Weber investiguées, le résultat du splashing dépend des propriétés de la surface mais également des propriétés de l’air. Une faible pression d’air ou la présence de givre sur la paroi favorise la formation d’une couronne de fluide qui se décolle après l’impact. La campagne de mesure avec le PDA a permis de montrer que les gouttes secondaires générées lors d’un corona splash sont plus grosses que lors d’un prompt splash. Le modèle d’impact de Riboux et Gordillo, qui attribue le splashing à une force aérodynamique s’exerçant sur le fluide qui s’étale lors de l’impact, permet de bien décrire le splashing. Une seconde campagne de mesures se concentrant sur les formes de glace obtenues lors de l’impact de SLD a permis de valider les nouvelles constantes du modèle de taux de dépôt de Trontin et Villedieu déterminer grâce à de nouvelles données de la littérature
Flight safety is a prerequisite in aeronautics and icing is one of the main sources of incidents. The accretion of ice created by the collision of supercooled water drops in clouds can deteriorate the aerodynamic performance of the aircraft, obstruct sensors or damage engines. It is therefore essential to understand the phenomenon of water droplet impact in icing conditions to be able to predict the amount of ice that can form and to ensure sufficient sizing of ice protection systems. This phenomenon has been extensively studied in the literature but only for low drop impact speeds. ONERA's new icing wind tunnel has allowed access to drop impact regimes more in line with the reality encountered by aircraft. This thesis focuses on the impact of a water drop on a wall for Weber and Reynolds numbers that vary respectively from 15,000 to 170,000 and from 11,000 to 45,000. The study of the impact of the water drops was carried out thanks to a detection and visualization system of those then with a Phase Doppler Analyser to characterize the secondary drops created during the impact. The impact on a dry and horizontal surface was studied but other parameters such as the impact angle, the surface condition, the gas pressure, the temperature were studied to quantify their influence on the splashing. It was shown that for the investigated Reynolds and Weber number ranges, the splashing result depends on the surface properties but also on the air properties. Low air pressure or the presence of ice on the wall promotes the formation of a fluid corona that splashes off after impact. The measurement campaign with the PDA has shown that the secondary drops generated during a corona splash are larger than for a prompt splash. The impact model of Riboux and Gordillo, which attributes the splashing to an aerodynamic force exerted on the fluid that spreads during the impact, allows to describe the splashing well. A second series focusing on the ice forms obtained during the impact of SLD allowed to validate the new constants of the deposition rate model of Trontin and Villedieu determined thanks to new data from the literature

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Lhuissier, Henri. "Nappes, trous, ligaments et gouttes." Phd thesis, Université de Provence - Aix-Marseille I, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00600229.

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Abstract:

Ce manuscrit aborde le problème de l'atomisation des films liquides à travers diverses expériences portant sur leur formation, déstabilisation et fragmentation. Une première partie identifie et décrit deux mécanismes de désintégration à l'œuvre lors de la rétractation d'un film de savon. Lorsque le film se détache sur une frontière, le bord de Plateau est entrainé et son accélération explique la déstabilisation. Lorsque le perçage a lieu au centre, le battement du film résultant de l'interaction avec l'atmosphère au repos conduit à sa fragmentation. Une second étude explique le plissement singulier de certaines cloches liquides par un ressaut hydraulique à interfaces libres assurant la transition d'un écoulement super-critique vis-à-vis des ondes capillaires à un écoulement sub-critique. La courbure marquée associée à cette transition impose au liquide une accélération centripète susceptible de déstabiliser la cloche en aval. La formation des embruns par l'intermédiaire de l'éclatement des bulles de surface est abordée dans une troisième partie. La géométrie des bulles, le mécanisme de drainage de leurs films et les événements de perçage sont étudiés afin de rendre compte de l'épaisseur de la bulle au début de l'éclatement. La dynamique ultérieure de fragmentation est détaillée conduisant à une caractérisation du spray produit. Une dernière partie étudie l'atomisation effervescente sur une expérience modèle : une nappe liquide plane ensemencée en fines bulles d'air favorisant la nucléation de trous. Sur la base de mesures des taux de nucléation et croissance des trous, un modèle statistique du réseau de ligaments liquides formés par la réunion des bourrelets ceinturant les trous permet un description du spray issu de la fragmentation du réseau.

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TAISNE, LAURENT. "Echanges d'huile entre gouttes d'emulsion." Paris 6, 1997. http://www.theses.fr/1997PA066177.

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Abstract:

Nous nous sommes interesses aux echanges d'huile entre gouttes d'emulsion. Nous avons montre les limitations de la seule mesure de la taille moyenne dans l'identification des mecanismes d'echanges d'huile. Nous decrivons les methodes experimentales que nous avons utilisees pour visualiser les echanges d'huile entre gouttes. A chaque fois, nous sommes partis du meme principe : si l'on melange des gouttes noires et des gouttes blanches, elles deviennent grises si elles echangent leur huile. Nous avons etudie les echanges d'huile a travers la phase continue. Dans un premier temps, nous avons etudie le murissement d'ostwald afin de comprendre comment on aborde un murissement. Puis nous avons mis en evidence une nouvelle forme de murissement pour laquelle les gouttes echangent leur huile en restant a taille constante, nous l'avons appele murissement de composition. Enfin, nous avons esquisse une autre forme de murissement que nous avons appele murissement de structure. Nous avons ensuite aborde des echanges d'huile pendant l'homogeneisation d'une emulsion. Ces echanges se passent par des fragmentations et coalescences successives. Nous avons identifie deux mecanismes susceptibles de bloquer cette recoalescence. Enfin, nous avons etudie les echanges d'huile entre gouttes dans une emulsion fabriquee par inversion de phase en temperature. Nous avons suivi la forme de la distribution de taille lors du retour a l'equilibre du systeme : la distribution de taille se decompose en deux populations de gouttes. Puis, nous proposons un mecanisme rendant compte de cette decomposition.

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Loehr, Karsten. "Etalement et eclatement de gouttes." Paris 6, 1990. http://www.theses.fr/1990PA066596.

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Abstract:

L'etalement d'une goutte qui tombe verticalement dans l'air sur une plaque lisse et seche est etudie. Les mouvements sont enregistres par une camera electronique. Les mesures sont effectuees a l'aide d'un traitement d'images digitalisees. Les trajectoires du front liquide sont decrites a l'aide de formules empiriques. Le sommet de la goutte s'approche de la plaque d'un mouvement dont la vitesse initiale est la vitesse d'impact. L'ensemble du mouvement est decrit par une formule logarithmique. Le ralentissement exponentiel de la vitesse radiale de l'etalement est du a la dissipation de l'energie cinetique par frottement sur la plaque. Le coefficient d'amortissement n'est pas affecte par la variation des parametres initiaux. La valeur maximale de la surface couverte par la goutte augmente de maniere lineaire avec le nombre de weber d'impact. L'ecoulement qui suit l'impact de la goutte, n'est pas lie d'une maniere simple aux parametres initiaux. Pour fournir une classification des phenomenes observes, un champ dense des parametres a ete exploite experimentalement. Une forte tension de cisaillement apparait dans l'ecoulement sur la plaque. Cette tension provoque un detachement au bord du liquide. Par la suite, ce film libre de liquide se desintegre et des eclats sont ainsi produits. Sur le bord du liquide attache a la plaque on observe des perturbations azimutales. Elles apparaissent au tout debut de l'etalement et restent limitees a une region etroite du bord, avec un nombre total constant durant l'etalement. Ce nombre augmente avec le nombre de reynolds de l'impact. Lorsque l'etalement arrive a son etendue maximale, des ondes capillaires se propagent sur la surface de la goutte etalee, et la surface mouillee commence a retrecir jusqu'a ce que l'equilibre s'etablisse entre les tensions superficielle et interfaciale, et le poids du liquide

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Leman, Marie. "Microfluidique en gouttes à l'échelle femtolitrique." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066387/document.

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Abstract:

La microfluidique en gouttes permet l’analyse de systèmes biochimiques à grand débit, en utilisant de faibles volumes réactionnels, à faible coût. Dans l’état de l’art, le volume des gouttes varie entre 2 pL et 4 nL, un millier à million de fois inférieur au volume d’un puit de microplaque. Miniaturiser d’avantage les volumes réactionnels permettrait d’augmenter encore les débits d’analyse, de d’avantage réduire les coûts et ouvre également l’accès à de nouvelles études, telles que les études sur molécule unique ou la délivrance de médicaments. La première partie de ce travail de thèse concerne la miniaturisation des opérations classiques de la microfluidique en gouttes à l’échelle femtolitrique: production, stabilité, biocompatibilité, mélange en gouttes, coalescence, tri, division de gouttes, production à la demande ont été démontrés avec succès sur des gouttelettes femtolitriques. Le tout a été permis en restant dans les limites de la technologie PDMS et des standards classiques de la lithographie. La seconde partie s’intéresse à certaines applications biologiques issues du couplage de gouttelettes picolitriques et femtolitriques. Une plateforme permettant l’encodage in situ de gouttes à l’aide de codes barres d’ADN lisibles par séquençage a été construite. Deux autres applications ont été envisagées: un projet concernant l’émergence des chromosomes dans un monde prébiotique qui nécessitait des facteurs de dilution de l’ordre de 1:1000 et un projet de cartographie génotype-phénotype sur une enzyme qui nécessitait deux dilutions par 10 ont bénéficié de la miniaturisation à l’échelle femtolitrique
Droplet-based microfluidics has demonstrated its multiple advantage over standard microtiter plates technologies by increasing analysis throughputs, decreasing costs and enabling the encapsulation of single cells into individual reservoirs. In the state-of-the-art, droplet volumes usually range from 2 pL to 4nL, one thousand to one million times smaller than microtiter plate wells. This PhD work focuses on the miniaturization of biological reservoirs down to the femtoliter scale which would enable an increase of throughputs of analysis and open up access to new studies, such as single-molecule studies or drug delivery. The first part of this manuscript concentrates on the miniaturization of elementary operations of droplet-based microfluidics down to the femtoliter scale. Production, mixing, electrocoalescence, DEP sorting, splitting, drop-on-demand, stability, biocompatibility were successfully demonstrated on droplets of a few micrometers diameter. The second part of this manuscript focuses on some biological applications that were developed with the LBC. A platform for the in situ encoding of droplets with DNA barcodes readable per sequencing was developped. Two other applications were envisioned: a project studying the conditions that prevailed the apparition of chromosomes in an early RNA world and a genotype-phenotype mapping project benefited from downscaling to the femtoliter scale

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Malk, Rachid. "Ecoulements en gouttes activées par électromouillage." Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00579641.

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Abstract:

Parmi les différents mécanismes physiques permettant d'actionner des échantillons liquides au sein de labopuces, l'électromouillage sur diélectrique (EWOD) s'impose peu à peu comme une solution fiable permettant de manipuler en particulier des gouttes (labopuces digitaux). Bien que des modèles énergétiques permettent d'expliquer la plupart des fonctions fluidiques élémentaires obtenues par effet EWOD, il demeure certains phénomènes hydrodynamiques en goutte dont la compréhension à l'échelle locale présente des enjeux en termes scientifiques et applicatifs. En particulier, la maîtrise des oscillations de goutte et des écoulements électrohydrodynamiques induits par des signaux électriques alternatifs (AC-EWOD) pourrait permettre l'insertion de nouvelles fonctions dans les labopuces digitaux (brassage, séparation d'espèces). Dans la thèse proposée, une configuration optimale a été retenue consistant en une goutte reposant sur deux électrodes coplanaires passivées. Un banc de caractérisation a été développé ainsi que des logiciels spécifiques dédiés à l'analyse du mouillage et des oscillations de la goutte. Une première étude permet de caractériser l'électromouillage d'une goutte en configuration d'électrodes coplanaires. En particulier, la modélisation des contraintes électriques surfaciques permet de conclure sur leurs rôles dans l'injection normale et tangentielle de quantité de mouvement. Les oscillations de la goutte et les écoulements induits sont ensuite étudiés de manière expérimentale. Suivant la géométrie des électrodes, des configurations d'écoulements axisymétriques et quadripolaires sont observées. Un modèle basé sur le concept de courant de dérive est développé ; sa résolution numérique par éléments finis permet de retrouver les configurations d'écoulement. Des applications biologiques de l'actuation EWOD en signal alternatif sont finalement proposées et discutées pour le développement de laboratoires sur puces.

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Bodoc, Virginel. "Modélisation de l'évaporation de gouttes multicomposants." Toulouse, ISAE, 2011. http://www.theses.fr/2011ESAE0022.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse a été d’étudier l’évaporation d’un brouillard multi-composant à l’aide d’approches expérimentale et numérique. Deux axes de recherche ont été privilégiés. Une base de données expérimentales a tout d’abord été créée en utilisant différentes techniques optiques de mesure. Une attention particulière a été accordée à la technique Arc-en-Ciel Global (ACG), utilisée pour la mesure de la température des gouttes. Ensuite des simulations numériques ont été réalisées pour des brouillards mono et bi-composant en évaporation. Dans la première phase de cette recherche, les investigations expérimentales et numériques ont été conduites pour un brouillard polydisperse, non-confiné et en refroidissement. Cette configuration offre l’avantage de pouvoir étudier l’évaporation sous une faible influence de la phase gazeuse. Pour un liquide bicomposant, l’effet de la variation de concentration sur les mesures ACG a été analysé à l’aide d’un couplage entre la technique expérimentale et la simulation numérique. Après avoir validé les modèles d’évaporation sur le brouillard non-confiné, une configuration plus complexe se rapprochant des conditions réelles d’une chambre de combustion a été étudiée (montage IMFT). En ce qui concerne la simulation numérique, la phase gazeuse a été caractérisée en utilisant une approche de type LES. La phase dispersée constituée des gouttes mono-composant est prise en compte dans le calcul. La nature très instationnaire de l’écoulement diphasique a été mise en évidence. La comparaison entre l’expérience et la simulation numérique a permis d’évaluer l’intérêt de la technique ACG pour la mesure de la température des gouttes
The objective of this thesis was to study the vaporization of a multicomponent spray with both experimental and numerical approaches. To achieve this objective, the effort was guided in two directions. Firstly, an experimental database has been created using different optical measurement techniques. A special attention was focused onto the application of Global Rainbow Refractometry (GRR), used for the measurement of droplets temperature. Secondly, numerical simulations were performed for mono and bi-component sprays in evaporation. In the first part of this study, experimental and numerical tests were carried out on a polydisperse nonconfined and cooling spray. This configuration was adopted because it allows the study of the vaporization with a reduced influence from the gaseous phase. For a bi-component liquid, the effect of the composition variation on the GRR measurements was analysed within a coupling between the experimental technique and the numerical simulation. In the second part, experimental investigations and numerical simulation were performed for a more complex configuration that consists in a spray evolving in a heated and confined medium. The gaseous phase was computed with a LES approach while the dispersed phase, always mono-component, was solved with a Lagrangian tracking approach. The unsteady nature of the flow was demonstrated and the interest of the GRR technique for the droplets temperature measurement was proved

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Thiévenaz, Virgile. "Impact et solidification de gouttes d'eau." Thesis, Sorbonne université, 2019. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03358455.

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Abstract:

Lorsqu’une goutte d’eau tombe sur une surface froide – dont la température est inférieure à 0◦C – elle se met à geler en même temps qu’elle s’étale. La solidification ralentit l’étalement de la goutte, facilite sa fragmentation en gouttelettes, entraîne la rétraction de la goutte, et donne une certaine forme à la goutte gelée. La nature de la surface froide est déterminante dans le processus de solidification. Sur la base du problème de Stefan, nous avons développé un modèle de dynamique de solidification, prenant en compte la diffusion thermique dans le substrat. Ce modèle apporte une meilleure compréhension de l’influence des propriétés thermiques du substrat – sa température, son effusivité thermique – sur la vitesse de solidification d’un liquide. Il nous permet de prédire quantitativement la dynamique de solidification, et ainsi d’étudier la congélation d’une goutte pendant son impact. En ce qui concerne l’étalement de la goutte, nous avons montré que l’effet de la solidification pouvait être assimilée à celui de la viscosité, en ce qu’il ralentit l’écoulement. Nous avons montré que la fragmentation de la goutte à basse température est dû à l’augmentation de la densité de l’air. Une fois étalée, la goutte est piégée par la glace, qui l’empêche de se rétracter. Nous avons établi un lien entre la forme de la goutte étalée et la durée nécessaire à sa libération. Enfin, nous avons montré que la compétition entre la rétraction de l’eau liquide sur la glace et sa congélation était à l’origine des différents motifs observés
Whenever a water drop impacts a cold surface – whose surface temperature is lower than 0°C – it freezes as it spreads. The solidification slows the drop's spreading down, eases its fragmentation into droplets, leads to the liquid's retraction and gives the frozen drop a certain shape. The nature of the cold surface is crucial in the freezing process. Starting from the Stefan problem, we developed a model for the solidification dynamics, which takes into account the thermal diffusion within the substrate. This model yields a better appreciation of the influence of the substrate's thermal properties – its temperature and thermal effusivity – over the liquid's rate of freezing. It enables us to quantitatively predict the dynamics of solidification, and therefore to study the freezing of a drop during its impact. As regards the drop's spreading, we demonstrated that the effect of freezing could be assimilated to that of viscosity, as it slows the flow down. We showed that the fragmentation of a drop at low temperature was due to an increase in the density of air. Once spread, the drop is trapped by the ice, which hinders its retraction. We established a link between the shape of the spread drop and the duration of its trapping. Finally, we showed that the competition between the retraction of liquid water on ice and its freezing led to the different patterns observed

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Piroird, Keyvan. "Dynamiques spéciales de gouttes non-mouillantes." Phd thesis, Palaiseau, Ecole polytechnique, 2011. https://pastel.hal.science/docs/00/64/43/33/PDF/keyvan-piroird_final.pdf.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous étudions à l'aide de plusieurs expériences la dynamique de gouttes non-mouillantes dans des situations où la gravité n'intervient pas, mais où d'autres forces, moins communes, sont à l'oeuvre. La première partie porte sur l'étude de gouttes d'oxygène liquide qui, en plus d'être en caléfaction sur un support à température ambiante, ont la particularité d'être susceptibles à la présence d'un champ magnétique. Nous étudions la force magnétique exercée sur ces gouttes ultra-mobiles et nous montrons qu'elles peuvent être déviées, ralenties, déformées, capturées et même parfois accélérées à l'aide d'un aimant. Dans la deuxième partie de ce travail, nous avons étudié une situation inverse, où nous avons cherché à mettre en mouvement une goutte non-mouillante initialement au repos. La goutte est cette fois faite d'huile se trouvant dans un tube capillaire rempli d'eau, et nous avons montré qu'un gradient de concentration en tensioactif provoque un mouvement spontané et permet à la goutte d'huile de s'échapper du tube. Cette expérience réalise ainsi une situation modèle de détergence. Une dynamique très particulière est mise en évidence à temps long : le mouvement est continu ou intermittent selon les paramètres de l'expérience
This work, based on various experiments, tackles the dynamics of non-wetting drops in situations where gravity does not play a role, but other " special " forces are involved. In the first part, we look at drops of liquid oxygen, which undergo Leidenfrost effect on a substrate at room temperature. These drops are also susceptible to the presence of a magnetic field. We study the force exerted by a magnet on those ultra-mobile drops and we show that they can be deflected, slowed down, deformed, captured and even accelerated by the presence of a magnetic field. In the second part, we study a reverse situation, where the goal is to propel a non-wetting oil drop that is initially at rest. The drop is in a capillary tube and we show that a gradient in surfactant concentration leads to a spontaneous movement and allows the drop to escape from the tube. This experiment can be considered as a model situation of detergency. Non-trivial dynamics has been identified in this system : the movement is either continuous or intermittent, depending on the experimental parameter

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Piroird, Keyvan. "Dynamiques spéciales de gouttes non-mouillantes." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00644333.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous étudions à l'aide de plusieurs expériences la dynamique de gouttes non-mouillantes dans des situations où la gravité n'intervient pas, mais où d'autres forces, moins communes, sont à l'oeuvre. La première partie porte sur l'étude de gouttes d'oxygène liquide qui, en plus d'être en caléfaction sur un support à température ambiante, ont la particularité d'être susceptibles à la présence d'un champ magnétique. Nous étudions la force magnétique exercée sur ces gouttes ultra-mobiles et nous montrons qu'elles peuvent être déviées, ralenties, déformées, capturées et même parfois accélérées à l'aide d'un aimant. Dans la deuxième partie de ce travail, nous avons étudié une situation inverse, où nous avons cherché à mettre en mouvement une goutte non-mouillante initialement au repos. La goutte est cette fois faite d'huile se trouvant dans un tube capillaire rempli d'eau, et nous avons montré qu'un gradient de concentration en tensioactif provoque un mouvement spontané et permet à la goutte d'huile de s'échapper du tube. Cette expérience réalise ainsi une situation modèle de détergence. Une dynamique très particulière est mise en évidence à temps long : le mouvement est continu ou intermittent selon les paramètres de l'expérience.

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Alis, Romain. "Simulation numérique directe de gouttes et de groupes de gouttes qui s'évaporent dans un écoulement laminaire ou turbulent." Thesis, Toulouse, ISAE, 2018. http://www.theses.fr/2018ESAE0029/document.

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Abstract:

L’évaporation du carburant injecté dans une chambre de combustion est un phénomènecrucial dans un foyer aéronautique car elle détermine la quantité de vapeur qui sera ensuite brûléepour fournir de l’énergie au moteur. Cependant, ce phénomène reste mal décrit du fait desdifficultés de mesurer expérimentalement les taux d’évaporation des gouttes appartenant à unbrouillard. D’autre part, les hypothèses des modèles théoriques ne sont toujours pas représentativesdes conditions rencontrées dans les foyers de combustion.La thèse s’inscrit dans une démarche visant à étudier l’évaporation d’un groupe de gouttesdans un écoulement turbulent au moyen de la Simulation Numérique Directe (SND). En effet, lorsde l’évaporation de groupes de gouttes, des effets collectifs peuvent influer sur le taux d’évaporationde chaque goutte ou sur le taux d’évaporation global du nuage de gouttes. L’approche SNDpermet de quantifier précisément ces effets afin d’améliorer les modèles actuels d’évaporation.Dans un premier temps, des algorithmes ont été développés et utilisés dans une configuration1D sphérique pour décrire l’évaporation d’une goutte statique isolée et sans gravité. Puisdans un second temps, l’évaporation d’une goutte a été étudiée dans un écoulement laminaire.Une analyse des échanges de chaleur entre la goutte et le milieu extérieur ainsi que de la force detraînée exercée par l’écoulement laminaire sur la goutte a été effectuée. Dans cette partie, il a étémis en évidence que l’évaporation induit une diminution des échanges thermiques et de la traînée.Il a notamment été observé que dans certains cas de forte évaporation, la traînée de la gouttepeut devenir négative. Cela implique que l’évaporation peut être à l’origine d’un phénomène depropulsion de la goutte. Une analyse théorique permet de lier ce comportement à une asymétriedu débit d’évaporation. Dans un troisième temps, l’influence de la turbulence sur l’évaporationd’une goutte a été étudiée. Pour cela, un générateur de fluctuations turbulentes a été implémentéet des techniques de calculs parallèles ont été introduites pour réduire le temps des calculs. Celaa permis d’analyser les échanges thermiques et le comportement de la traînée d’une goutte eninteraction avec un écoulement turbulent. Il a été montré que ces deux grandeurs ont tendanceà être amplifiées par la turbulence. Enfin, dans un dernier temps, l’évaporation de groupes degouttes a été étudiée. Pour trois groupes de gouttes différents, les déplacements des gouttes ontété analysés avec les échanges de chaleur lorsque ceux-ci sont placés dans un écoulement laminaireou turbulent avec ou sans changement de phase. En présence d’évaporation, il a été mis enévidence que les déplacements sont différents des cas sans évaporation et donc que le changementde phase modifie les effets collectifs. De plus, ces effets de groupes ont aussi été observés sur leséchanges thermiques
The vaporisation of injected fuel in a combustion chamber is a crucial phenomenon inan aeronautical motor because it determines the vapour quantity which will be burned to bringenergy to the motor. Still, this phenomenon is not well understood due to the difficulties tomeasure on experiments vaporisation rates of injected sprays. Moreover, hypothesis of theoriticalmodels are not representatives of conditions encountered in combustion furnaces.The thesis take place in an effort to analyse the evaporation of droplet groups in a turbulentflow by mean of Direct Numerical Simulation (DNS). Indeed, during droplet group evaporation,collective effects can modify single droplet rates of vaporisation and the group global rate ofvaporisation. The DNS approach should allows to quantify precisely this effect and leads to animprovement of actual models of evaporation.Firstly, algorithms are developped and used in a 1D spherical configuration to describe theevaporation of a single static droplet without gravity. Secondly, the vaporistion of a droplet in alaminar flow has been studied. The analysis focus on heat exchanges between the droplet and theexternal environment as well as the force exerced on the droplet by the laminar flow. In this part,it has been highlighted that the evaporation induced a decrease in thermal exchanges and drag.In some cases of strong evaporation, the drag of the droplet has been observed to be negative.It means that the evaporation can cause a propulsion phenomenon of the droplet. A theoriticalanalysis allows to link this behaviour to an asymetry of the vaporisation rate. Thirdly, a studyof the turbulence influence on the evaporation of a droplet has been carried out. A generator ofturbulent fluctuations has been implemented and parallel approaches have been introduced toreduced computational time. It allowes to analyse thermal exchanges and drag behaviour of adroplet interacting with a turbulent flow. The analysis showed that theses two variables increasewith turbulence. Lastly, the evaporation of groups of droplets has been studied. For three differentgroups of droplets, trajectories of droplets have been analysed with heat exchanges when they areput in a laminar or a turbulent flow with or without phase change. In presence of evaporation,the analysis pointed out that trajectories were different from cases whitout evaporation and sothat phase change modifies collective effects. Moreover, these collective effects have also beenobserved on thermal exchanges

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Njifenju, Ady Kevin. "Gouttes et films liquides en aérodynamique automobile." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2010. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00539839.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est de contribuer expérimentalement au développement d'un modèle de film liquide pour l'automobile. Nous présentons ici des expériences modèles d'écoulement de gouttes et films liquides dans des conditions de cisaillement et de gravité rencontrées dans l'industrie. Le ruissellement d'un film d'eau ou de gouttes de pluie sur un pare-brise est un phénomène important dans un contexte de sécurité des véhicules. Nous décrivons dans une première partie une expérience modèle de drainage d'un film liquide sur un plan incliné soumis à un contre-courant d'air. Cette expérience nous a conduit à développer une technique expérimentale permettant de visualiser facilement le profil d'épaisseur des films. Nous avons contribué à la caractérisation de l'écoulement du film par gravité en mettant en évidence différents régimes de développement d'ondes. Le contre-courant d'air s'oppose au drainage par gravité ; nous caractérisons le seuil en vitesse de vent qui permet au film liquide de faire marche arrière par entraînement aéraulique. Un tel film est souvent instable du point de vue du mouillage et se fragmente en gouttes et ruisselets. Nous nous intéressons dans une seconde partie au déplacement de gouttes sous l'effet du vent. Nous observons que ces gouttes ne commencent à se déplacer qu'à partir d'un certain seuil lié à l'hystérésis de l'angle de contact du liquide sur le solide. Au delà de ce seuil, la vitesse de la goutte augmente avec la vitesse du vent. Sa dynamique peut être décrite à partir d'un trio de nombres sans dimension qui tient compte des forces capillaires, visqueuses, aérodynamiques et du poids. Nous avons mis en évidence une recirculation contre-intuitive à l'intérieur de la goutte et l'avons quantifiée. Nous nous sommes enfin intéressés aux variations de la forme de la goutte sous l'effet du vent et aux interactions entre gouttes voisines.

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Chabert, Max. "MICROFLUIDIQUE DE GOUTTES POUR LES ANALYSES BIOLOGIQUES." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00180994.

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Abstract:

Cette thèse présente divers dispositifs fonctionnant sur le principe de la microfluidique diphasique et dédiés aux analyses biologiques.
Dans une première partie, nous décrivons la conception d'un système permettant d'effectuer en flux et sans contamination la réaction de PCR dans des microgouttes transportées par une huile immiscible. Cette étude a débouché sur une plateforme automatisée au débit théorique de 3000 échantillons par jour, égalant les systèmes actuels avec une consommation 50 fois moindre en réactifs.
Dans les parties suivantes, nous présentons deux nouvelles idées pour la manipulation d'objets en microfluidique digitale : l'utilisation de phénomènes hydrodynamiques pour encapsuler des cellules uniques dans des microgouttes et les trier, et l'application de champs électriques pour induire mélange et coalescence de gouttes aqueuses. La combinaison de ces deux méthodes au sein d'une même puce est le premier pas vers un système intégré d'analyse de cellules uniques.

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Rojas, René. "Sur des Gouttes, Cristaux Liquides et Front." Phd thesis, Université de Nice Sophia-Antipolis, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00129102.

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Abstract:

Cette thèse se compose de trois parties. Dans la première est étudiée la vitesse d'un front entre un état homogène et un état périodique lorsque l'on ajoute les termes non résonants à la forme normale. On voit que cette vitesse est nulle sur un intervalle fini autour du point de Maxwell.

La seconde partie est consacrée à l'étude d'une goutte déposée adiabatiquement sur un solvant plus dense. La goutte tombe dans le solvant jusqu'à une hauteur minimale, ensuite la fragmentation a lieu et les gouttelettes secondaires remontent à la surface. On a developpé un modèle théorique qui inclut l'essentiel du phénomène et prédit les échelles correctes du temps de montée et de la hauteur minimale.

La troisième partie concerne l'étude linéaire du modèle de la valve à cristaux liquides avec rétro-action optique. Elle permet de comprendre un nouveau type de structures localisées qui apparaissent comme des pics isolés sur une structure spatiale de plus faible amplitude.

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HIMBERT-BIANCE, Anne-Laure. "Gouttes inertielles : de la caléfaction à l'étalement." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00009730.

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Doué, Nicolas. "Modélisation de l'évaporation de gouttes multi-composants." Toulouse, ENSAE, 2005. http://www.theses.fr/2005ESAE0018.

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Abstract:

Cette thèse, ﬁnancée par la DGA, a pour objectif le développement de modèles d'évaporation de gouttes multicomposants aﬁn de bien prévoir la vaporisation des carburants. Une approche expérimentale réalisée en parallèle sur l'évaporation de gouttes bicomposants a fourni des résultats pour une validation partielle de ces modèles. Deux modèles de description des phases liquide et vapeur sont proposés. Le premier, souvent appliqué dans les travaux existants dans la littérature, est une modélisation discrète de la composition et devient extrêmement exigeant en temps de calcul lorsque le nombre de composants dans la goutte augmente. Le second modèle décrit la composition des carburants grâce à des fonctions de distribution et a fait l'objet d'améliorations durant ces travaux. Grâce à une recherche approfondie de propriétés physiques pour de nombreux hydrocarbures, l'évaporation du kérosène, de l'essence, du gasoil ou des futurs carburants alternatifs, peut alors être simulée avec une composition liquide très détaillée. Des techniques de mesure non intrusives sont mises en œuvre afin de déterminer l'évolution de la taille et de la température de gouttes bicomposants en évaporation dans une ambiance à faible ou haute température. Une étude spéciﬁque sur l'allumage d'un noyau de gouttes multicomposants dans des conditions critiques (haute altitude) montre l'intérêt de considérer l'aspect multicomposants du kérosène.

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Rojas, René. "Sur des gouttes, cristaux liquides et fronts." Nice, 2005. http://www.theses.fr/2005NICE4109.

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Abstract:

Cette thèse se compose de trois parties. Dans la première est étudiée la vitesse d'un front entre un état homogène et un état périodique lorsque l'on ajoute les termes non résonants à la forme normale. On voit que cette vitesse est nulle sur un intervalle fini autour du point de Maxwell. La seconde partie est consacrée à l'étude d'une goutte déposée adiabatiquement sur un solvant plus dense. La goutte tombe dans le sovant jusqu'à une hauteur minimale, ensuite la fragmentation a lieu et les gouttelettes secondaires remontent à la surface. On a developpé un modèle qui inclut l'essentiel du phénomène et prédit les échelles correctes du temps de montée et de la hauteur minimale. La troisième partie concerne l'étude linéaire du modèle de la valve à cristaux liquides avec rétro-action optique. Elle permet de comprendre un nouveau type de structures localisées qui apparaissent comme des pics isolés sur une structure spatiale de plus faible amplitude
This thesis is divided into three parts. In the first part, the velocity of a front between an homogeneous state and a periodic state is studied with addition of the nonresonant terms to the normal form. We obtain that this velocity is zero on a finite interval around the Maxwell's point. The second part is devoted to the study of a drop adiabatically deposited on a more dense solvent. The drop falls down to a minimum height inside the solvent, then fragmentation takes place and secondary droplets rise up to the surface. We have developed a theoretical model that captures the essential features of the phenomenon and predicts the correct scalings for the rise-up time and the minimum height. The third part deals with the linear study of the model of the liquid-crystal-light-valve with optical feedback. It allows one to understand a new type of localized structures, which appears as localized peaks over a pattern of smaller amplitude

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Loghmari, Fahmi. "Solidification de gouttes impactant un substrat solide." Paris 6, 2009. http://www.theses.fr/2009PA066280.

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Abstract:

Ce travail est consacré à l'étude de la solidification de gouttes impactant sur un substrat solide. Le processus de l'impact et de la solidification d'une goutte sur un substrat solide est gouverné par la dynamique de l'impact du fluide, le transfert de chaleur entre la lamelle formée et le substrat, ainsi que le changement de phase impliqué dans la solidification du métal fondu. L'originalité de cette thèse tient dans l'étude numérique de chacun de ces processus physique individuellement. Le programme d'étude présent est conçu pour examiner l'influence des différents paramètres propre à la goutte et au substrat sur la morphologie des lamelles obtenue après l'impact et la solidification de gouttelette. Le problème majeur de toutes les études numériques réalisées est le modèle de solidification à l'équilibre utilisé lors du changement de phase du matériau. Or la projection de gouttelettes métalliques en fusion se fait en général avec des vitesses d'impact qui peuvent varier de 1 m/s jusqu'à 100 m/s. Dans ces conditions, la vitesse de refroidissement est élevée (de l'ordre de 108 K/s) synonyme de solidification rapide, ce qui peut conduire à de nouvelles phases cristallines métastables et des phases solides amorphes. Un résultat majeur de cette thèse est l'étude numérique d'étalement et de solidification rapide d'une goutte d'indium en contact imparfait avec un substrat froid en acier. Le refroidissement est basé sur un modèle de transfert de chaleur tenant compte du phénomène de changement de phase avec un modèle de solidification hors équilibre déterminé grâce aux expériences de DSC
The subject of this dissertation is the impingement and simultaneous heat transfer ans soldification of droplet on a flat substrate. The process of the impact and solidification of a droplet on a solid substrate is governed by the dynamics's impact, heat transfer between splat and substrate and the phase change involved in the solidification of a molten droplet. The main novel feature of this PhD thesis is that each physical process was studied individually. The aim of the study is to examine the influence of various parameters specific to the droplet and the substrate on the final splat's morphology. A critical issue of numerical models based on equilibrium solidification during the phase change material affects the accuracy of results. Indeed, the impact velocity of molten metal droplets in plasma sprayed coatings can vary from 1 m/s up to 100 m/s. In these cases, the cooling rate is so high (about 108 K/s) that stands for rapid solidification, which can lead to new metastable crystalline phases and amorphous solid phases. A significant result of this thesis is the numerical study of a rapid solidification of an Indium droplet during its spreading on a flat substrat. The cooling is based on a model's heat transfer taking into account the phenomenon of phase change with non-equilibrium solidification model determined through DSC experiments results

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Adad, René. "Contribution a l'etude statique des gouttes pendantes." Aix-Marseille 3, 1999. http://www.theses.fr/1999AIX30038.

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Abstract:

La presente these tente d'apporter une contribution a l'etude statique des gouttes pendantes. L'equilibre d'une goutte suspendue a l'extremite inferieure d'un tube d'axe vertical est modelise dans le cadre de la theorie de la capillarite de laplace. Un systeme d'equations differentielles qui gouverne les positions d'equilibre est obtenu par une methode variationnelle. Son etude en tant que systeme dynamique permet d'isoler une famille d'orbites associees au probleme physique et de decrire leur comportement asymptotique. Pour chaque rayon du tube, les gouttes extremales sont organisees en une famille continue. Le calcul numerique permet alors de formuler quelques conjectures relatives a leur geometrie ainsi qu'a leur stabilite. Enfin, une methode est proposee pour resoudre explicitement les equations des profils d'equilibre.

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Heringer, Ferreira Romulo Adolfo. "Modélisation de la solidification de gouttes atomisées." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2004. http://www.theses.fr/2004INPL093N.

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Abstract:

Il est indéniable que, du point de vue des structures de solidification, les pièces mises en forme par des procédés de la métallurgie des poudres sont homogènes à l'échelle macroscopique (du produit). En est-il de même à l'échelle des particules qui composent ces pièces? Dans ce travail, nous présentons des analyses expérimentales à partir de mesures locales de composition faites sur des gouttes atomisées d'Al-Cu. Ces analyses montrent que la distribution de soluté n'est pas uniforme à l'échelle de ces gouttes. Un modèle numérique a été proposé pour la solidification de gouttes sphériques d'alliages binaires soumises à la convection. La solidification démarre au centre de la goutte pour une surfusion donnée et progresse radialement vers sa surface extérieure. Des moyennes volumiques des bilans d'énergie et de soluté sur chaque phase ont été prises. La résolution numérique des équations obtenues permet l'évaluation des distributions de l'enthalpie, de la température, des fractions des phases, et du titre massique de soluté dans la goutte. Des résultats sont présentés pour une goutte d'Al 1O%mass Cu avec des surfusions de germination à 0, 30 et 60 °C. Le modèle prévoit des ségrégations de soluté dans la goutte. Il prévoit également la refusion systématique des structures solides sursaturées, laquelle peut être à l'origine de la fragmentation et du possible affinage spontané des grains déjà observés dans les gouttes atomisées
It's well known that, from the structural point of view, the parts formed by powder metallurgy processes are quite homogeneous on a macroscopic scale (of the product). Does it go in the same way on the scale of the particles which compose these parts? In this work we present results of local measurements of the species composition made on atomized Al-Cu droplets. This analysis shows a non-uniform distribution of alloy compounds in the observed sections of the droplets. A numerical model was proposed for the solidification of a spherical droplet subject to convection. The solidification starts with an imposed undercooling at the center of the droplet and progresses spherically towards its external surface. Volume average of the energy and solute balances was taken for each phase. The numerical solution of these equations allowed to evaluate the distributions of the enthalpy, temperature, phase fractions, and solute composition in the droplet. Results are presented for a droplet of Al 10%mass Cu, and nucleation undercooling of 0, 30 and 60 °C. The model predicts the solute segregation in the droplet. It predicts also a systematic remelting of the supersaturated solid structures, which can be related with fragmentation and possible grain refining

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Njifenju, Kevin. "Gouttes et films liquides en aérodynamique automobile." Paris 6, 2010. https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00539839.

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Himbert-Biance, Anne-Laure. "Gouttes inertielles : de la caléfaction à l'étalement." Paris 6, 2004. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00009730.

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Paré, Gounséti Nimonoka. "Création et éjection des gouttes de l'atomisation." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066318/document.

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Abstract:

Cette thèse traite des instabilités hydrodynamiques survenant dans les ligaments liquides en présence d’écoulement axial, afin de comprendre la formation des gouttes lors des processus d’atomisation. Il a été montré par des études précédentes que tout processus d’atomisation passe par l’étape de la formation des ligaments, qui se déstabilisent en gouttelettes. Le processus de fragmentation des ligaments est régi par deux instabilités : l’instabilité de Rayleigh-Plateau lorsque le ligament est infini, le phénomène du « end pinching », lorsque le ligament est semi-infini. Dans les deux cas le mécanisme responsable du pincement du ligament est la capillarité. Dans cette thèse, nous avons montré que, sous certaines conditions, le pincement du ligament peut être retardé ou évité : c’est le phénomène d’évitement de l’étranglement. Une exploration détaillée de la zone de constriction du ligament (là où le rayon est minimal), révèle des effets non linéaires liés à la viscosité du fluide : la couche visqueuse se développe, s’enroule puis décolle de l’interface sous forme de jet, en aval du cou avec formation d’anneau tourbillonnaire. L’écoulement dans cette zone du ligament est soumis à une accélération axiale correspondant à une baisse de la pression : c’est l’effet Venturi. Ce type d’écoulement a été étudié à travers l’instabilité du pont capillaire entre deux tubes, soumis à un écoulement axial. Tout au long de ces travaux, deux approches ont été utilisées : les simulations numériques et des observations expérimentales. L’essentiel des résultats présentés a fait l’objet de publication ou d’une soumission d’article
This thesis deals with the hydrodynamic instabilities which occur in a liquid ligament in presence of axial flow. We investigate the formation of drops during the atomization process. Previous studies highlighted a common step to all types of atomization processes: the initial formation of the ligament which later evolves into droplets. The ligaments fragmentation process is governed by two possible instabilities: the “Rayleigh-Plateau” instability which is characteristic of an infinite ligament and the “end-pinching” phenomenon, which occurs in semi-infinite ligaments. In both cases, capillarity is the driving mechanism underlying the ligament segmentation. In this thesis we show that, under certain conditions, the liquid ligament can surprisingly escape from pinch-off through creation of a vortex ring (“escape phenomenon”). A detailed analysis of the constriction zone (neck of the ligament) during the “escape phenomenon” suggested that nonlinear effects associated to fluid viscosity might play an important role in the escape process. Both our experimental observations and numerical results confirmed the occurrence of the detachment of the viscous layer into a jet downstream of the neck through creation of a vortex ring, when fluid viscosity exceeds a threshold. Accordingly, the fluid in the constriction zone undergoes an axial acceleration associated to a decrease in the pressure: this is the so-called “Venturi effect”. This type of flow is characteristic of the instability which emerges at the capillary bridge between two tubes subjected to axial flow. Part of the results obtained were the subject of a publication or article submission

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Ben, M'Barek Kalthoum. "Adhésion et phagocytose de gouttes d'émulsions fonctionnalisées." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066034/document.

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Abstract:

La phagocytose par les macrophages est un processus biologique essentiel au système immunitaire et joue un rôle clé dans le maintien de l’homéostasie cellulaire. Les cibles à éliminer varient en terme de tailles, des bactéries (µm) aux cellules cancéreuses ou senescentes (10 – 20 µm). La plupart des études quantitatives sur la phagocytose reposent sur l'utilisation de microparticules de polymère rigides en tant que cibles modèles pour la compréhension des paramètres qui régissent ce processus. Cependant, ces particules ne rendent pas compte de la mobilité latérale des ligands à leur surface malgré la pertinence de ce paramètre dans le contexte immunologique. Cette étude a pour but de synthétiser un matériau biomimétique qui constitue un nouveau système modèle pour l’étude de la phagocytose. Il s’agit de gouttes d’émulsions monodisperses fonctionnalisées avec des IgGs libres de diffuser sur toute la surface. Dans le cadre de cette thèse, nous avons obtenu différentes densités contrôlées de fonctionnalisation, caractérisées de façon quantitative. Ainsi, il nous a été possible de déterminer une densité minimale d’IgGs nécessaire à induire une internalisation efficace des gouttes. Pour des densités supérieures d’IgGs, ces gouttes sont efficacement et spécifiquement internalisées par phagocytose induite par les récepteurs FcR in vitro. Nous avons plus précisément cherché à approfondir la compréhension de certains aspects mécaniques. Nous montrons que, contrairement à des billes de polymères solides, l’internalisation des gouttes est efficace même pour de faibles densités d’IgGs. La phagocytose s’accompagne, pendant la phase d’adhésion à la surface du macrophage, d’une mobilité latérale des ligands en zone de contact. Il apparaît donc que la mobilité latérale des protéines à l'interface d'une cible améliore considérablement sa phagocytose par les macrophages. Ainsi, ces gouttes permettrons d’aborder de nouvelles questions biologiques pour approfondir certaines mécanismes moléculaires et/ou mécaniques
Phagocytosis by macrophages represents a fundamental process essential for both immunity and tissue homeostasis. The size of targets to be eliminated ranges from small particles as bacteria to large objects as cancerous or senescent cells. Most of our current quantitative knowledge on phagocytosis is based on the use of solid polymer microparticles as model targets that are well adapted to the study of phagocytosis mechanisms that do not involve any lateral mobility of the ligands, despite the relevance of this parameter in the immunological context. The aim of this study is to synthesize a biomimetic material that constitutes a new model system for the study of phagocytosis. We designed monodisperse, lateraly mobile IgG-coated emulsion droplets, with different controlled densities of IgGs, that are efficiently and specifically internalized by macrophages through in-vitro FcγR-mediated phagocytosis. The excellent control of the opsonization density allowed us to measure the minimal IgGs density required to induce an efficient internalization. We also attempted to deepen the understanding of certain mechanical aspects. We show that, contrary to solid polymeric beads, droplet uptake is high even for low IgG densities and is accompagnied by the clustering of the opsonins in the zone of contact with the macrophage during the adhesion step. Beyond the sole interest in the design of the material, our results suggest that lateral mobility of proteins at the interface of a target greatly enhances the phagocytic uptake. Thus, emulsion droplets constitute a new interesting target to investigate different biological issues and understand molecular and/or mechanical mechansims

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De, Soete Franz. "Ecoulement de gouttes couvertes dans une contraction." Electronic Thesis or Diss., Université Paris sciences et lettres, 2021. http://www.theses.fr/2021UPSLS082.

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Abstract:

L’écoulement de gouttes d'huile dans l’eau à travers la contraction d’un canal présente un intérêt pour de nombreuses applications telles que l’extraction de pétrole ou la microfluidique. Dans la littérature, la condition de bouchage d’un pore soumis à un gradient de pression a été largement étudiée pour les gouttes et les bulles. La relation entre le débit et la pression fait intervenir la différence des pressions de Laplace à l'avant et à l'arrière de la goutte : elle dépend donc des tensions interfaciales à l’avant et à l’arrière. La présence d'espèces adsorbées à la surface abaissant la tension interfaciale, comme des tensioactifs ou des particules colloïdales, modifie donc non seulement le seuil de bouchage mais également la valeur du débit au-dessus de ce seuil. L’objectif de cette thèse est d’étudier l’écoulement, sous gradient de pression imposé, de gouttes dont la surface est initialement saturée de tensioactifs (au-dessus de la CMC) ou de particules à travers la contraction d’un capillaire cylindrique. Nous montrons comment la mesure du débit par analyse d’images permet d’accéder sous certaines hypothèses à une mesure des tensions interfaciales. Dans le cas des tensioactifs, nous mesurons ainsi une augmentation de la tension interfaciale à l’avant qui résulte d’une compétition entre l’effet de l’accroissement de surface et celui d’un transport par effet Marangoni. Dans le cas des gouttes couvertes de particules, nous montrons que la vitesse de la goutte et le rayon des particules adsorbées à sa surface contrôlent le régime d’écoulement. A faible vitesse, le mouillage de l’huile sur la paroi du canal est observé à l’avant de la goutte ; aux vitesses plus élevées, le régime dépend de la taille des particules comparée à l’épaisseur du film de lubrification, suivant les cas, un frottement des particules sur la paroi du canal, ou un régime de lubrification visqueuse sont observés. Ces régimes sont responsables d’une accumulation plus ou moins importante des particules à l’arrière de la goutte, y diminuant la tension interfaciale et donnant lieu à différents mécanismes de déstabilisation de l’interface. Pour les deux systèmes, nous montrons que la présence d’espèces adsorbées affecte peu la condition de bouchage. En revanche, nous mesurons une augmentation du temps de passage des gouttes couvertes de tensioactifs ou de particules résultant du couplage entre l’écoulement de la goutte et les dynamiques interfaciales
The flow of oil drops in water through a constricted channel is of interest for many applications such as oil extraction or microfluidics. In the literature, the condition of pore clogging under a pressure gradient has been extensively studied for drops and bubbles. The relation between flowrate and pressure involves the difference in Laplace pressures at the front and back of the drop, and thus the interfacial tensions at the front and the back. The presence of species adsorbed on the surface lowering the interfacial tension, such as surfactants or colloidal particles, therefore modifies not only the clogging threshold but also the value of the flowrate above this threshold. The objective of this thesis is to study the flow, under an imposed pressure gradient, of drops whose surface is initially saturated with surfactants (above the CMC) or with particles, through cylindrical constricted capillaries. We show how measurements of flowrate by image analysis can provide measurements of the interfacial tensions. In the case of surfactant-laden drops, we measure an increase in the interfacial tension at the front which results from a competition between the surface expansion effects and the transport by a Marangoni effect. In the case of particle-laden drops, we show that both the velocity of the drop and the radius of the particles adsorbed on its surface control the flow regime. At low velocities, the wetting of oil on the capillary walls is observed at the front of the drop; at larger velocities, the flow depends on the particle size compared to the thickness of the lubricating film, according to this criterion either the occurence of friction of the particles on the channel walls or a viscous lubrication regime are observed. These regimes are responsible for a greater or lesser accumulation of particles at the back of the drop, decreasing the back interfacial tension and giving rise to various mechanisms of interface destabilization. For both systems, we show that the presence of adsorbed species has little effect on the clogging condition. Nevertheless, we measure an increase in the passage time of the drops covered with surfactants or particles, which results from the coupling of interfacial dynamics and flow through the contraction

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Malmazet, Erik de. "Etude de la fragmentation de gouttes chaudes en ébullition en film dans un écoulement d'eau." Grenoble INPG, 2007. http://www.theses.fr/2009INPG0165.

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Abstract:

On étudie la fragmentation de gouttes chaudes placées dans un écoulement uniforme, mécanisme intervenant dans le phénomène de l'explosion de vapeur. On effectue premièrement une étude théorique du mécanisme d'arrachement de couche limite dans le cas isotherme, et on en déduit que celui-ci ne permet pas de fragmenter la goutte efficacement dans le cas où l'écoulement externe est liquide, contrairement au cas gazeux. Ensuite, on développe un modèle d'ébullition en film sur des corps rigides qui inclut correctement les termes inertiels et convectifs de l'écoulement vapeur, ce qui n'avait jamais été fait auparavant et qui permet de retrouver des résultats expérimentaux qui ne pouvaient être prédits auparavant. Finalement, on présente une étude expérimentale de la fragmentation de gouttes chaudes d'étain dans un écoulement d'eau, à l'aide notamment d'une caméra ultra-rapide et d'un flash X. Cette étude a permis d'observer plusieurs aspects inédits du mécanisme de fragmentation
The goal of this work is to study the fragmentation of hot drops placed in a uniform flow, an important mechanism related to the vapor explosion phenomena. First, a theoretical study of the Boundary Layer Stripping mechanism in the isothermal case is done, and it is concluded that this mechanism is not able to effectively fragment the drop in the case where the externat flow is liquid, contrary to the gaseous case. Then, a model for film boiling over horizontal cylinders and axisymetric bodies which is able to properly describe the inertial and convection terms in the vapor flow is presented. This has never been done before. The model Is able to predict experimental results which could not be predicted by other models. Ln the last part, an experimental study of the fragmentation of hot tin draps in a water flow which uses digital fast camera and flash X ray imagery is presented. This study has allowed the observation of several new features of the drop fragmentation mechanism

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Brik, Mostafa El Mehdi. "Influence des champs électriques sur l’écoulement au sein d’une goutte isolée et leurs effets sur les interactions entre gouttes." Thesis, Pau, 2015. http://www.theses.fr/2015PAUU3040/document.

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Abstract:

Les interactions entre des gouttes ou des bulles sont rencontrées dans de nombreuses applications industrielles et/ou environnementales. Ici, nous nous intéressons à l’électro-coalescence qui a des applications importantes comme par exemple la séparation eau/pétrole (coalescence de gouttelettes d'eau dans du pétrole). L’étude a été consacrée à l’élaboration et à la mise point de modèles basés sur les équations de Navier-Stokes et les équations régissant les champs électriques au niveau d’une seule goutte ainsi que l’interaction entre deux gouttes et plus particulièrement l’effet des forces hydrodynamiques et électrostatiques sur le mécanisme d’amincissement du film séparant les deux gouttes. Selon les cas traités, le suivi de l’interface est réalisé soit à l’aide de la méthode LS (Level Set) ou bien à l’aide de la méthode MM (Moving Mesh). Les solutions numériques ont été obtenues à l’aide du code de calcul COMSOL Multiphysics. Dans une première étape, nous avons analysé l’effet d’un champ électrique sur la déformation d’une seule goutte suspendue dans un autre fluide visqueux, pour différentes propriétés physiques et électriques des deux fluides. Le modèle a été testé et validé par confrontation avec les solutions analytiques existantes et avec des études numériques de la littérature. Nous avons examiné aussi l’influence du champ électrique sur la génération d’une goutte secondaire lors de la coalescence entre une goutte et une interface liquide-liquide déformable. Dans une seconde étape, nous avons étudié le drainage et la déformation de deux gouttes en interaction sous l’action d’une force constante. Contrairement à la théorie de lubrification basée entre autre sur l’hypothèse d’une petite déformation de l’interface, aucune hypothèse simplificatrice n’a été utilisée pour la résolution des équations, ce qui a permis d’obtenir des solutions numériques aussi bien pour les petites que pour les grandes déformations. Dans une troisième étape, nous avons examiné l’ascension d’une goutte isolée ou de deux gouttes de n-butanol dans l’eau sous l’influence de la force de flottabilité. L’évolution des vitesses terminales d’ascension des gouttes (goutte de tête/goutte suiveuse) et le drainage du film séparant les deux gouttes ont été analysées en présence et en l’absence de champ électrique
Drops and bubbles interactions are encountered in various industrial and environmental applications. In this work, we focus on the electro-coalescence which has important industrial uses such as the destabilization of water / oil emulsions (coalescence of water droplets in oil). This study was devoted to the development and the elaboration of numerical models based on the Navier-Stokes equations and those describing the electrical field on a single drop as well as the interaction between two drops, and more particularly the effect of hydrodynamic and electrostatic forces on the thinning mechanism of the film separating the two drops. According to the treated cases, the interface tracking is achieved either by using the LS method (Level Set) or using the MM method (Moving Mesh). Numerical solutions were obtained using the commercial CFD software COMSOL Multiphysics. During the first step, we analyzed the effect of an electrical field on the deformation of a single suspended drop in another viscous fluid, for different physical and electrical properties of the two fluids. The model was tested and validated by comparison with existing analytical solutions and numerical studies found in the literature. We also analyzed the influence of the electric field on the generation of a secondary drop during the coalescence between a drop and a deformable liquid-liquid interface. In a second step, we investigated the drainage and deformation of two drops in interaction under the effect of a constant force. Unlike the lubrication theory which is based among others, on the assumption of a small interface deformation, in this work, no simplifying assumptions were used for the solution of equations, which allowed us to obtain numerical solutions for both small and large deformations. For the third step, we examined the rise of two drops of n-butanol in water under the influence of buoyancy force. The evolution of the drops terminal ascension velocity (leading drop/trailing drop), and the drainage of the film separating the two drops were analyzed in the presence and in the absence of electrical field

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Pineirua, Miguel. "Élasticité et Interfaces : des gouttes et des plis." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00712635.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l' ́etude expérimentale des déformations générées par la tension de surface de certains liquides sur des membranes flexibles. Dans une première partie, nous montrons expérimentalement qu'il est possible de contrôler l'enrobage spontané d'une membrane flexible autour d'une goutte d'eau 'a l'aide d'un champ ́electrique. Si la tension augmente au delà d'une valeur critique la membrane s'ouvre. Cette transition est réversible, mais inclus une forte hystérésis. Nous proposons des lois d' ́echelle pour les tensions critiques d'ouverture et fermeture basées sur l'interaction des ́energies de tension de surface, ́elastique et du champ ́electrique. Dans la deuxième partie nous ́etudions les rides générées par la différence de tension de surface entre l'intérieur et l'extérieur de une couronne flexible flottant à la surface de l'eau. Nous avons estimé des critères simplifiés pour le seuil de flambage de la couronne et la longueur d'onde des plis, et nous avons ́egalement d ́etermin ́e l' ́evolution de la longueur des plis au delà du seuil. Dans la dernière partie de la thèse, nous ́etudions la morphologie de cascades de plis qui apparaissent dans différents systèmes lorsqu'une longueur d'onde est imposée sur une frontière, et ́evolue à la suite d' ́evénements discrets successifs de coalescence de plis. Des expériences ma- croscopiques nous permettent de caractériser les propriétés de ces cascades. Nous avons distingué deux régimes différents selon l'importance de la tension axiale. Nous avons vérifié que nos lois d'échelle permettent de décrire aussi bien des rideaux en tissu de plusieurs mètres de haut que des feuilles de graphène d'épaisseur atomique.

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Ménétrier-Deremble, Laure. "Gouttes et champs électriques dans un système microﬂuidique." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00287107.

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Abstract:

Cette thèse propose une analyse originale des phénomènes de brisure de gouttes et d'action d'un champ électrique dans un système microﬂuidique.
Une première partie présente l'étude d'une goutte traversant une jonction microﬂuidique. Après avoir identiﬁé trois scénarios possibles - dont deux entraînent la brisure - nous proposons
une étude quantitative des comportements observés dans l'espace des variables locales puis des paramètres de contrôle. Ces résultats ont été appliqués à l'extraction de phase microﬂuidique.
Dans une seconde partie, nous étudions l'effet du champ électrique sur une goutte fortement conﬁnée. La pertinence de l'approche théorique bidimensionnelle est établie sur deux expériences modèles qui analysent l'évolution de la forme d'une goutte conﬁnée sous champ et la variation de vitesse d'une goutte soumise à un champ inhomogène. Enﬁn, nous appliquons ces résultats au contrôle de gouttes dans des systèmes microﬂuidiques d'architectures variées.

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Dangla, Rémi. "Microfluidique de gouttes 2D par gradient de confinement." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00835536.

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L'usage de gouttes comme microréacteurs movite le développement rapide de la microfluidique de gouttes. En effet, une goutte peut être utilisée pour collecter, transporter et analyser du matériel chimique, biologique ou génétique. Ainsi, la microfluidique de goutte porte la promesse d'une miniaturisation et d'une automatisation sur puce des process actuellement mis oeuvre sur microplaques. Toutefois, l'architecture des dispositifs reste essentiellement sérielle et en opposition avec le format intrinsèquement 2D des microplaques. Ce travail de thèse fournit une nouvelle stratégie de gestion de gouttes sur puce qui permet d'implémenter des procédés de microfluidiques de goutte au sein de chambres bidimensionnelles. Les méthodes mises au point emploient des gradients de confinement pour agir sur les gouttes.

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RIOBOO, ROMAIN. "Impact de gouttes sur surfaces solides et seches." Paris 6, 2001. http://www.theses.fr/2001PA066214.

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Ce memoire concerne l'impact orthogonal de gouttes isolees sur des surfaces solides et seches. Des experiences avec divers liquides, solides, tailles de goutte, vitesses d'impact ont permis de mettre en evidence l'importance de la mouillabilite et l'influence de plusieurs parametres lies a la rugosite. On propose alors une nouvelle classification des resultats possibles de l'impact : la deposition, l'eclaboussure initiale, l'eclaboussure en couronne, la cassure par retractation, le rebond partiel et enfin le rebond total. Chacun des quatre types de cassure de la goutte est decrit, explique et correspond a un phenomene physique different. Une etude systematique de tous les parametres physiques a ete realisee afin de determiner leur influence respective sur chacun des resultats de l'impact. L'evolution temporelle du diametre d'etalement durant toutes les phases de l'impact a ete mesuree de facon precise par traitement d'images. Ainsi quatre phases ont pu etre mises en evidence. La premiere phase, cinematique, est dominee par la vitesse d'impact et la taille de la goutte. La goutte prend la forme d'une sphere tronquee et de ce fait l'angle de contact dynamique ne suit pas la loi de hoffman. La seconde phase correspond a l'essentiel de l'etalement et est influencee, de maniere non-lineaire, par les parametres d'impact, les proprietes du liquide et la mouillabilite. La troisieme phase correspond au moment ou la ligne de contact n'avance plus. Suivant la mouillabilite et le diametre maximum atteint, le liquide se retracte ou non. Enfin la derniere phase correspond a une situation d'equilibre ou de regime permanent ou le diametre de la surface en contact est constant ou en constante progression pour les cas de mouillage complet.

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Foissac, Arnaud. "Modélisation des interactions entre gouttes en environnement hostile." Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066492.

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Dans la situation accidentelle d’une perte de refroidissement d’un réacteur nucléaire, l’enceinte de confinement est amenée à monter en pression par rejet de vapeur, de gaz issus de produits de fission et aussi de gaz explosifs, comme le dihydrogène, issus de réactions chimiques dans le circuit primaire. La procédure prévoit la mise en route du système d’aspersion, constitué de centaines de buses d’injection, destiné à faire diminuer la pression et la température, rabattre les aérosols radioactifs et brasser le mélange gazeux pour éviter des surconcentrations locales pouvant mener à une explosion. L’efficacité du système d’aspersion peut dépendre de la taille et de la vitesse des gouttes provenant de ces buses. Or, les enveloppes des jets peuvent se croiser, et des collisions entre gouttes peuvent éventuellement modifier les distributions en taille et en vitesse. Ce travail modélise la polydispersion en taille et en vitesse des gouttes et son évolution due aux collisions, puis implémente ces modèles dans le code eulérien NEPTUNE_CFD. La méthode des sections a été choisie, et la collision est modélisée à partir des résultats obtenus sur un banc expérimental permettant l’étude de la collision binaire de gouttes dans les conditions typiques d’un accident grave de réacteur nucléaire. La simulation des sprays générés par le système d’aspersion a ensuite été menée, et comparée avec les résultats expérimentaux issus d’un banc destiné à la caractérisation des nuages de gouttes à grande échelle. Un bon accord est mis en évidence. Ces résultats constituent donc une première étape dans la simulation complète d’un scénario accidentel de réacteur dans son intégralité

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Piñeirua, Menendez Miguel. "Elasticité et interfaces : des gouttes et des plis." Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066559.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l’étude expérimentale des déformations générées par la tension de surface de certains liquides sur des membranes flexibles. Dans une première partie, nous montrons expérimentalement qu’il est possible de contrôler l’enrobage spontané d’une membrane flexible autour d’une goutte d’eau à l’aide d’un champ électrique. Si la tension augmente au delà d’une valeur critique la membrane s’ouvre. Cette transition est réversible, mais inclus une forte hystérésis. Nous proposons des lois d’échelle pour les tensions critiques d’ouverture et fermeture basées sur l’interaction des énergies de tension de surface, élastique et du champ électrique. Dans la deuxième partie nous étudions les rides générées par la différence de tension de surface entre l’intérieur et l’extérieur de une couronne flexible flottant à la surface de l’eau. Nous avons estimé des critères simplifiés pour le seuil de flambage de la couronne et la longueur d’onde des plis et nous avons également déterminé l’évolution de la longueur des plis au delà du seuil. Dans la dernière partie de la thèse, nous étudions la morphologie de cascades de plis qui apparaissent dans différents systèmes lorsqu’une longueur d’onde est imposée sur une frontière, et évolue à la suite d’événement discrets successifs de coalescence de plis. Des expériences macroscopiques nous permettent de caractériser les propriétés de ces cascades. Nous avons distingué deux régimes différents selon l’importance de la tension axiale. Nous avons vérifié que nos lois d’échelle permettent de décrire aussi bien des rideaux en tissu de plusieurs mètres de haut que des feuilles de graphène d’épaisseur atomique

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Ménétrier-Deremble, Laure. "Gouttes et champs électriques dans un système microfluidique." Paris 6, 2007. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00287107.

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Abstract:

Cette thèse propose une analyse originale des phénomènes de brisure de gouttes et d’action d’un champ électrique dans un système microfluidique. Une première partie présente l’étude d’une goutte traversant une jonction microfluidique. Après avoir identifié trois scénarios possibles – dont deux entraînent la brisure – nous proposons une étude quantitative des comportements observés dans l’espace des variables locales puis des paramètres de contrôle. Ces résultats ont été appliqués à l’extraction de phase en microfluidique. Dans une seconde partie, nous étudions l’effet du champ électrique sur une goutte fortement confinée. La pertinence de l’approche théorique bidimensionnelle est établie sur deux expériences modèles qui analysent l’évolution de la forme d’une goutte confinée sous champ et la variation de vitesse d’une goutte soumise à un champ inhomogène. Enfin, nous appliquons ces résultats au contrôle de gouttes dans des systèmes microfluidiques d’architectures variées.

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Huerre, Axel. "Migration de gouttes en microfluidique : caractérisation et applications." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066333/document.

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La microfluidique utilisant les gouttes a connu un essor remarquable ces dix dernières années. Pourtant, la dynamique de ces objets reste largement inexplorée et incomprise. Une question aussi simple que déterminer la vitesse d’une goutte poussée par une phase porteuse à vitesse imposée, ne possède à ce jour toujours pas de réponse. Comprendre et modéliser la vitesse d’une goutte nécessite dans un premier temps de caractériser les mécanismes de dissipation intervenant dans la goutte, dans le ménisque dynamique et dans le film de lubrification.Ce manuscrit présente une étude de la dynamique de films de lubrification en utilisant une technique interférométrique (RICM) qui a dû être adaptée à notre système. Nous montrons dans un premier temps que, dans un cas statique, cette outil permet de mesurer l’épaisseur de ce film nanométrique avec une très grande précision, et que celle-ci est fixée par la pression de disjonction dont la composante principale est électrostatique. Puis, le film de lubrification est étudié dans un cas dynamique. Aux faibles vitesses, l’épaisseur du film est fixée par la pression de disjonction, tandis qu’aux nombres capillaires plus élevés nous montrons qu’un modèle visqueux permet de reproduire nos résultats expérimentaux. Pour une solution micellaire,nous observons une décomposition spinodale permettant d’extraire des propriétés interfaciales (vitesse, contrainte de Marangoni). Enfin, nous avons pu dans un projet fédératif développer une laboratoire sur puce permettant des opérations de manipulation sur des gouttes en utilisant l’intégration de systèmes de chauffage au niveau micrométrique
Digital microfluidics is a growing field of research. However, droplet dynamics remains largely unknown. As an example, a question as simple as predicting the droplet velocity while pushed by an external fluid at fixed velocity is still not answered. Understanding and thus modelizing it requires the identification of dissipation mechanisms in the droplet, in the dynamical meniscus and in the flat film. This thesis presents a study on the dynamical properties of lubrication films using an interferometric method (RICM) that has been adapted to microfluidics. We first show that, in a static case, we are able to measure nanometric film thicknesses with very accurate precision and that it is set by the disjoining pressure, especially the electrostatic part. Then the film is studied when the droplets flow. At low speeds, the film thickness is set by the disjoining pressure, while at higher capilarry numbers we identify a viscous model in agreement with our experimental results. For a micellar solution, we observe spinodal decomposition allowing us to recover interfacial properties (velocity, Marangoni stress). Finally, in a collaborative project, we were able to develop a lab on a chip allowing droplets manipulations taking advantage of micro-heaters integration

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Roa, Antunez Ignacio. "Droplet breakup- Analyse de la rupture de gouttes." Electronic Thesis or Diss., Normandie, 2024. http://www.theses.fr/2024NORMR051.

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Le processus d'atomisation est influencé par la déformation et la rupture des gouttes, qui à leur tour affectent la distribution finale de la taille des gouttes. La turbulence est un phénomène prépondérant lors de l'atomisation secondaire.Plusieurs auteurs ont établi un lien entre la rupture des gouttes liée à la turbulence et les oscillations libres de celles-ci en montrant que, même pour de faibles niveaux de turbulence, les gouttes se brisent en raison d'un mécanisme de résonance. Ce phénomène est à la base de la présente étude.Comme point de départ de ce travail, les oscillations linéaires théoriques des gouttes sont examinées d'un point de vue théorique et numérique.Le mouvement oscillatoire de premier ordre d'une gouttelette initialement déformée, compte tenu des effets dynamiques du fluide environnant, est décrit.Ensuite, les oscillations et la rupture d'une gouttelette liquide sphérique unique, initialement non perturbée, soumise à un milieu turbulent homogène et isotrope, sont étudiées.Un cadre théorique pour les oscillations des gouttes est développé à l'aide d'une décomposition en harmoniques sphériques qui suit la déformation de la surface depuis son état initial jusqu'à juste avant sa rupture.Cette approche relie l'amplitude de la déformation de la goutte d'eau par petites perturbations aux paramètres et aux propriétés du milieu turbulent, ce qui nous permet d'observer comment la turbulence excite les différents modes, conduisant finalement à la rupture.Nous relions ce phénomène à la théorie de la stabilité linéaire et analysons comment la durée de vie des gouttes est associée aux statistiques de turbulence pour l'ensemble des valeurs caractéristiques.Pendant la déformation des gouttes, des perturbations d'origines diverses favorisent la croissance de structures liquides de tailles et de formes variées.En particulier, les régions présentant de la contraction (goulots d'étranglement) et d'accumulation (dilatation) peuvent indiquer l'avènement d'une rupture.Pour prédire avec précision les événements de rupture, il est essentiel de prendre en compte la nature multi-échelle de ces systèmes.L'évolution temporelle de la distribution des échelles est utilisée pour identifier toutes les dynamiques impliquées dans le processus de déformation à chaque échelle tout au long de la durée de vie de la goutteletteLe problème est abordé par simulation numérique directe des équations de Navier-Stokes à deux phases à l'aide du code interne ARCHER.En combinant ces trois analyses, la durée de vie de la gouttelette est étudiée en deux parties : Premièrement, le mouvement oscillatoire et la fréquence des différents modes présents dans la déformation à travers le cadre harmonique sphérique afin de mettre en lumière le mécanisme de résonance. Deuxièmement, l'évolution temporelle de la distribution d'échelle par une analyse multi-échelle à la fin de la durée de vie de la goutte
The atomization process is influenced by the deformation and breakup of droplets, which in turn affects the final distribution of droplet size. Several authors have related the breakup of droplets due to turbulence to their free oscillations and have shown that even, for low turbulence levels, droplets break due to a resonant mechanism. This phenomenon provides the foundation for the present study.As a baseline of this work, the theoretical linear shape oscillations of droplets are first examined from both theoretical and numerical perspectives.The first-order oscillatory motion of an initially deformed droplet, considering the dynamic effects of the surrounding fluid, is described.Subsequently, the oscillations and breakup of a single, initially unperturbed, spherical liquid droplet subjected to a homogeneous and isotropic turbulent medium are investigated.A theoretical framework for droplet oscillations is developed using a spherical harmonic decomposition that tracks the deformation of the surface from its initial state to just before its breakup as an expansion of each mode of deformation.This approach links the small perturbation amplitude deformation of the droplet to the parameters and properties of the turbulent medium, allowing us to observe how turbulence excites the different modes, ultimately leading to breakup.We relate this phenomenon to linear stability theory and analyse how the droplet lifetime is associated with the turbulence statistics for the ensemble of characteristic values.During droplet deformation, perturbations of different origins favour the growth of liquid structures of various sizes and shapes.Notably, regions exhibiting contraction (bottlenecks) and accumulation (swelling) patterns may indicate potential breakup events.To accurately predict breakup events, it is essential to consider the multiscale nature of these systems.The temporal evolution of the scale distribution is used to identify all the dynamics involved in the deformation process at each scale throughout the droplet's lifetimeThe problem is approached by direct numerical simulation of the two-phase Navier-Stokes equations using the in-house code ARCHER.By combining these three analyses, the lifetime of the droplet is studied in two parts: First, the oscillatory motion and frequency of the different modes present in the deformation through the spherical harmonic framework to shed light on the resonance mechanism. Second, the temporal evolution of the scale distribution through a multiscale analysis at the end of the droplet lifetime

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Cantegril, Thomas. "Étude de l’électrisation de gouttes de carburant aéronautique." Electronic Thesis or Diss., Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2024. http://www.theses.fr/2024ESMA0031.

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Abstract:

Le secteur aéronautique doit relever des défis environnementaux majeurs pour les décennies à venir. Afin de réduire son impact environnemental, des objectifs ambitieux ont été fixés par des instances comme l’ACARE, visant une neutralité carbone d'ici 2050. Parmi ces objectifs, une réduction de 90 % des émissions d’oxydes d’azote par rapport à 2000, une baisse de 55 % des émissions de CO₂ d’ici 2030 par rapport à 1990 comme une diminution des particules fines et des traînées de condensation sont donc attendus. Pour y parvenir, l’amélioration de la combustion dans les moteurs, principale source de ces émissions, est cruciale. Un des leviers d’optimisation est l’atomisation, qui contrôle la distribution du combustible dans la chambre de combustion. Une atomisation maîtrisée réduit les zones riches en carburant, limitant ainsi la formation de particules fines. Actuellement, des systèmes aéromécaniques génèrent de fines gouttelettes via des jets d’air et des orifices calibrés. Une alternative prometteuse est l’électro-atomisation, qui utilise des champs électriques intenses pour produire des gouttelettes de petites dimensions. Cette thèse explore l’électro-atomisation et son potentiel pour l’aéronautique. Les propriétés électriques de deux carburants – un kérosène et un mélange substitut composé de dodécane et d’éthanol – sont analysées à différentes températures, notamment leur conductivité et permittivité électriques. Ces caractéristiques permettent de comprendre la capacite de chargement électrique des liquides diélectriques. Un banc expérimental dédié a été développé pour étudier la production de gouttes à faibles débits sous haute tension. L’influence du débit et de la tension sur la taille et la charge électrique des gouttes est analysée, avec pour objectif d’approcher la charge de Rayleigh, seuil où une goutte explose pour former des gouttelettes plus fines, ce qui pourrait améliorer la combustion. Cette analyse étudie également l’équilibre entre forces électriques et tension superficielle dans la formation des gouttes
The aviation sector must address major environmental challenges in the coming decades. To reduce its environmental impact, ambitious targets have been set by organizations such as ACARE, aiming for carbon neutrality by 2050. These goals include a 90% reduction in nitrogen oxide emissions compared to 2000, a 55% decrease in CO₂ emissions by 2030 relative to 1990, as well as a reduction in fine particulate matter and contrail formation. Achieving these objectives requires improvements in combustion within engines, location of the main source of these emissions. One key optimization lever is atomization, which could controls the distribution of kerosene in the combustion chamber. Effective atomization minimizes fuel-rich zones, thereby reducing the formation of fine particles. Currently, aerodynamic systems generate fine droplets using air jets and calibrated orifices. A promising alternative is electro-atomization, which utilizes strong electric fields to produce droplets.This thesis explores electro-atomization and its potential for the aviation industry. The electrical properties of two fuels—a kerosene and a substitute mixture of dodecane and ethanol—are analyzed at different temperatures, focusing on their electrical conductivity and permittivity. These properties provide insights into the charging behavior of dielectric liquids.A dedicated experimental setup has been developped to study droplet production at low flow rates under high voltage. The influence of flow rate and voltage on droplet size and charge is analyzed, with the objective to approach the Rayleigh charge limit, a threshold at which a droplet explodes into finer droplets, potentially enhancing combustion. This analysis also examines the balance between electric forces and surface tension in droplet formation

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Pouly, Luc. "Analyse mathématique et modélisation numérique de combustion de gouttes /." [S.l.] : [s.n.], 1994. http://library.epfl.ch/theses/?nr=1259.

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Protiere, Suzie. "Gouttes rebondissantes: une association onde-particule à échelle macroscopique." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00192620.

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Abstract:

Des gouttes d'un fluide déposées sur la surface libre d'un bain du même fluide coalescent normalement avec celui-ci en quelques dixièmes de seconde. En faisant osciller verticalement le bain, on peut inhiber entièrement cette coalescence. En effet si l'accélération oscillante est d'amplitude suffisante, la goutte sautille sur la surface. Les gouttes peuvent survivre dans cet état pour un temps illimité. Lors de chacun de ses chocs, la goutte déforme la surface. Si la viscosité est faible, il en résulte l'émission d'ondes capillaires. Les gouttes interagissent par celles-ci et s'organisent spontanément en états liés ou en réseaux réguliers. Toutefois, à proximité du seuil de l'instabilité de Faraday, le choc des gouttes suffit à générer localement une onde de Faraday amortie. On constate que l'interaction d'une seule goutte avec l'onde qu'elle génère conduit à une bifurcation où la goutte acquière spontanément une vitesse horizontale bien définie. On obtient ainsi ce que nous appelons des "marcheurs". Cette transition est décrite en détail expérimentalement et théoriquement. Enfin nous nous sommes intéressés aux interactions de plusieurs de ces marcheurs via leurs ondes. On peut voir que l'interaction attractive de deux marcheurs les conduits à orbiter l'une autour de l'autre. Ces orbites ont des diamètres discrets et résultent de l'interaction que créent entre les gouttes les interférences des ondes qui leur sont associées. On discutera les similarités qui existent entre ces nouveaux objets et les structures localisées (quasi-solitons) observées dans divers systèmes dissipatifs à deux dimensions.

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Boudaoud, Arezki. "Morphogenèse et auto-organisation : tiges, plaques, films et gouttes." Habilitation à diriger des recherches, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00110763.

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Abstract:

Nous avons étudié divers aspects de la morphogenèse dans des liquides et des
solides confinés - instabilités, singularités et phéomènes multi-échelles -
en combinant expériences, simulations numériques et outils analytiques. Dans
un premier temps, nous abordons le compactage et le flambage de tiges et de
plaques et nous relions le flambage à la croissance différentielle dans le
vivant. Ensuite, nous considérons des films liquides sur un substrat solide
et en particulier la dynamique d'une ligne de contact. Enfin, nous analysons
deux formes d'auto-organisation : des goutes rebondissant sur un liquide et
la coalescence élastocapillaire d'une assemblée de tiges.

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Fattaccioli, Jacques. "Mouillage Spécifique de Gouttes d'Emulsion sur des Substrats Biomimétiques." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00106357.

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Abstract:

Nous avons exploré la capacité des émulsions à adhérer de manière spécifique à des surfaces modèles solides et notamment la relation entre la composition des gouttes à leur interface et la formation d'un angle de contact macroscopique. Nous avons développé une méthode de fonctionnalisation covalente in-situ de l'interface liquide de gouttes d'émulsion H/E par de la biotine puis par de la streptavidine. La distribution de taille et la densité de streptavidine à la surface des gouttes sont caractérisées à l'aide d'une technique originale utilisant un cytomètre à flux. Nous avons montré que l'angle de contact et l'énergie d'adhésion croissent linéairement en fonction de la densité de biotine sur la lamelle et nous avons observé une répartition spatiale différente (disque, couronne) de la streptavidine dans la zone de contact suivant la densité totale en PEG, suggérant une transition de phase à 2D.

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Incerti, Véronique. "Coalescence de gouttes dans l'air : du millimètre au nanomètre." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://oatao.univ-toulouse.fr/19664/7/ChireuxIncerti_19664.pdf.

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Abstract:

La coalescence intervient dans de nombreuses situations physiques, naturelles ou industrielles, de la microphysique des nuages à la stabilité des émulsions ou l’assèchement des pétroles. Dans toutes ces situations, il est crucial de comprendre les mécanismes physiques en jeu, de manière pouvoir influencer la coalescence, la favoriser ou au contraire l’inhiber, selon les besoins. Dans cette thèse, nous étudions la coalescence dans l’air entre deux gouttes attachées et décomposons le processus global en quatre étapes : l’approche avec drainage du film d’air entre les gouttes, le perçage des interfaces, l’ouverture du pont résultant de ce perçage, les oscillations amorties conduisant à l’équilibre de la goutte résultante. Les théories décrivant les étapes 1, 2 et 4 font intervenir des modèles hydrodynamiques continus, se plaçant à une échelle macroscopique. Cependant, à l’articulation entre les deux premières étapes, intervient le perçage des interfaces, processus gouverné par des forces dont la portée correspond à une échelle de quelques dizaines de nanomètres. Une des difficultés les plus importantes dans l’étude de la coalescence est celle de l’intégration des processus ayant lieu à un niveau moléculaire, dans une théorie du continuum dont l’échelle caractéristique est bien supérieure. L’objectif est de faire le lien entre les différentes échelles : y a-t-il des interactions entre les processus se produisant à ces différentes échelles ? Pour répondre à cette question, nous développons trois axes de travail, engageant chacun une échelle caractéristique. L’un est l’étude, au niveau macroscopique du micromètre, de l’ouverture du pont liquide. Grâce à une caméra rapide, plusieurs régimes d’écoulement sont mis en évidence. Les modèles théoriques existants concernent essentiellement le régime visqueux, et aucun modèle complet ne décrit le régime purement inertiel. Nous explorons expérimentalement ce régime et décrivons la forme et la longueur du pont, à l’aide d’ondes capillaires. Nous mettons en évidence l’existence de deux lignes de très forte courbure, que nous appelons singularités, qui naissent sur le lieu de perçage des interfaces et se propagent presque sans déformation de part et d’autre. Ces singularités, conditionnées par la tension superficielle, moteur de la coalescence, façonnent la forme du pont liquide et donc l’écoulement dans ce dernier. Nous proposons un modèle simple d’écoulement inertiel, basé sur la forme du pont liée à ces singularités. Ce modèle permet de mieux comprendre les rôles des forces hydrodynamiques et de la courbure dans l’évolution temporelle de la largeur du pont. Un autre axe est une étude expérimentale par Microscope à Force Atomique, qui permet de décrire les forces responsables de la coalescence à l’échelle nanométrique, les déformations des gouttes intervenant à cette échelle et leur rôle dans la rupture des interfaces. Les mesures de forces entre goutte et flaque, puis entre deux gouttes sont effectuées avec un AFM principalement en mode dynamique de Modulation de Fréquence. Elles permettent de mettre en évidence une distance seuil de déclenchement de l’instabilité hydrodynamique responsable de la coalescence et de mesurer cette distance en fonction des propriétés physiques du liquide et du rayon des gouttes. Un diagramme de coalescence est proposé, qui permet de prévoir la valeur de la distance de déclenchement de la coalescence et le rôle des déformations d’interfaces à l’échelle nanométrique. Enfin, les oscillations du pont liquide, générées par la coalescence, sont étudiées, les modes et fréquences propres sont calculés numériquement par la méthode des éléments finis, puis comparés aux valeurs expérimentales mesurées à partir des films acquis par caméra rapide.

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Fradet, Etienne. "Microfluidique de gouttes pour l'étude cinétique de réactions biochimiques." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00929715.

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Abstract:

La microfluidique de gouttes - i.e. l'emploi de gouttelettes comme microréacteurs - offre de nombreux avantages pour l'étude des systèmes biologiques. Dans ce travail de thèse, nous présentons une nouvelle approche pour la production et la manipulation de gouttelettes au sein de microcanaux afin de suivre l'avancement de réactions biochimiques au cours du temps. Contrairement aux approches existantes, notre dispositif utilise des gradients de confinement afin de produire et guider une unique goutte vers son lieu de stockage. Ce faisant, deux gouttes de contenus différents peuvent être appariées et fusionnées afin de déclencher une réaction chimique. Les réactifs n'étant pas activement mélangés, un front de réaction se propage alors le long de la goutte fille duquel on peut extraire la cinétique de la réaction. Nous commençons par l'étude de réactions simples ayant lieu en une étape. Un modèle 1D de réaction-diffusion permet de représenter la dynamique du front de réaction ce qui est vérifié en confrontant les solutions de ce modèle, obtenues numériquement ou analytiquement, à des mesures effectuées en gouttes. Puis, nous nous intéressons au cas des réactions enzymatiques. Nous démontrons d'abord la parallélisation de notre technique d'appariement de gouttes afin de reproduire en microcanal différents tests enzymatiques usuellement effectués en plaque multipuits. Finalement, nous étudions le cas des réactions enzymatiques rapides à l'aide de notre modèle de réaction-diffusion. Là encore, la comparaison d'expériences tenues en gouttes et de prédiction issues de notre modèle nous permet d'extraire une mesure des paramètres cinétiques de la réaction mise en jeu.

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Ehlinger, Quentin. "Impacts de gouttes en caléfaction sur substrat localement texturés." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSE1122/document.

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Abstract:

Cette thèse expérimentale porte sur des impacts de gouttes en caléfaction, aussi appelée régime Leidenfrost. Dans ce cas, la goutte est isolée thermiquement et mécaniquement du substrat surchauffé par une fine couche de vapeur. On s'affranchit ainsi de la friction visqueuse. Les substrats présentent des textures micrométriques localisées. On retrouve un régime autosimilaire d'étalement aux temps courts. On caractérise des régimes de recouvrement d'un défaut ponctuel par la goutte. Ces régimes sont dictés par l'épaisseur de lamelle par rapport à celle du défaut. Les défauts génèrent des excroissances dans leur sillage dont la dynamique peut être approchée selon deux modèles inertio-capillaires ; l'un valable aux temps courts, l'autre aux temps plus longs. En présence de plusieurs défauts, on fragmente la lamelle depuis plusieurs sites selon le ratio entre largeur des défauts et épaisseur de la lamelle. On simule par un algorithme de pavage le motif final sur lequel le fluide se concentre à la fin de la fragmentation. Grâce à des rugosités plus complexes on peut canaliser l'étalement de la goutte. On exacerbe alors l'étalement maximal dans l'axe des canaux. On peut aussi inhiber l'étalement par des textures circulaires. Les rugosités affectent le temps avant rebond de la goutte. On exhibe une dépendance générale unique entre temps avant rebond et étalement maximal. La dépendance est valable lorsque les textures exacerbent l’étalement, aussi bien que lorsqu’elles l’inhibent
The presented work deals with drop impacts in Leidenfrost regime. In such a case, the drop is thermally and mechanically isolated from the overheated substrate by a thin vapor layer. Viscous friction can therefore be neglected. The substrates are shaped with localized micrometric textures. We rediscover a self-similar spreading regime at short times. We characterize covering regimes of a single defect by the drop. Those regimes are driven by the ratio between lamella thickness and defect thickness. Defects give rise to excrescences in their wake, whose dynamic can be approached by two inertial-capillary recoil models. One is valid at short times and the other at longer times. In the case of several defects, we break up the lamella from different sites according to the ratio between defect width and lamella thickness. We numerically predict, with a tessellation algorithm, the pattern on which the fluid is localized at the end of the fragmentation. Through more complex textures, we can channel the drop spreading. The spreading is increased in the directions of the channels. One can also inhibit the spreading with circular textures. The textures affect the time before drop rebound. We exhibit a general and unique dependency between time before rebound and maximal spreading. This dependency is valid when textures increase the spreading as well as when they inhibit it

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Leone, Jean. "Gouttes atypiques : etude critique a propos de cinq observations." Reims, 1990. http://www.theses.fr/1990REIMM055.

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CHAKER, MUSTAPHA. "Etudes de la desintegration electrohydrodynamique de gouttes fortement chargees." Nice, 1995. http://www.theses.fr/1995NICE4851.

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Abstract:

Ce travail concerne l'etude de la pulverisation electrohydrodynamique (ehd) de gouttelettes fortement chargees a partir d'une surface capillaire (tube capillaire, aiguille ou lame a bord mince). L'etude bibliographique montre que certains problemes ont ete resolus mais dans des cas simples. En particulier, une etude theorique statique permet de rendre compte des limites de desintegration et de deformations d'une goutte suspendue a l'extremite d'un fin capillaire. Une partie theorique permet une premiere approche des phenomenes observes et quelques simulations numeriques donnent un aspect schematique de phenomenes complexes. Nous presentons, ici, une nouvelle approche de ces phenomenes tenant compte des aspects dynamiques. Une etude qualitative de la desintegration ehd a permis d'une part, de classifier les modes de desintegration et d'autre part de mettre en evidence certains regimes tres complexes. La partie theorique a consiste a rechercher les differents parametres importants et a mettre au point des modeles. Un banc optique, couple a un systeme numerique de traitement d'images permet de quantifier les phenomenes au niveau granulometrique (mesure des profils et de tailles) et cinetique (mesure des vitesses et frequences)

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Alzuaga, Sébastien. "Manipulation de gouttes de liquides par des méthodes acoustiques." Besançon, 2004. http://www.theses.fr/2004BESA2071.

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Abstract:

Cette these porte sur l'etude du deplacement de gouttes de liquide en utilisant des dispositifs ultrasoniques. Ce travail comprend deux grands axes correspondant a la nature des ondes acoustiqes utlisees pour realiser le deplacement. Une onde stationnaire de flexion d'une poutre d'amplitude suffisante permet de positionner une goutte sur le ventre de vibration le plus proche. En modifiant la frequence d'excitation du systme, nous avons montre qu4il est possible de deplacer les ventres de vibration et donc la goutte. Nous nous sommes egalement interesses a l'actionnement d'une goutte a l'aide d'onds acoustiques de surface. Ce type de dispositif permet d'effectuer un deplacement en deux dimensions tout en controlant la position de la goutte en temps reel
This thesis mainly deals with liquid droplets displacement using ultrsonic waves. It is composed of two main lines corresponding to the kind of acouqtic waves employed for the displacement. The droplet is positionned on the nearest antinode of flexural plate wave of suffisant amplitude excited in a beam like structure. By switching the frequency excitation of the device , it is possible to change the position of the antinodes and so to move the droplet strep by step. We also paid attenion to droplet ecvtuation using rayleigh acoustic waves. This kind of device permits the droplet displacement in two dimensions and the control of its position in real time

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Dissertations / Theses on the topic 'Gouttes'

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