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Thèse M. Febres Soria - 29 novembre

10 novembre

Étude théorique et numérique des Écoulements induits par le mouvement d’une ligne de contact

Soutenance de thèse Mijail FEBRES SORIA

(Sous réserve d’autorisation par les rapporteurs)

Mercredi 29 novembre à 10 h 30 - Amphithéâtre Nougaro

Résumé :

Les mécanismes d’interaction entre une interface fluide et une paroi solide en situation de mouillage sont encore des problèmes ouverts. Parmi les nombreuses interrogations traitées dans la littérature, le « problème de la ligne de contact en mouvement » est très étudié depuis les années 1970, lorsque le paradoxe lié au mouvement de la ligne de contact a été identifié. En quelques mots ce paradoxe est le suivant : les modèles hydrodynamiques macroscopiques utilisant une condition de non-glissement à la paroi prédisent un cisaillement infini au niveau de la ligne de contact. Des études prometteuses pour aborder ce problème se sont appuyées sur des résultats fournis par les simulations dynamiques moléculaires. Elles confirment la présence de glissement au niveau de la ligne de contact. Malheureusement, les simulations de type dynamique moléculaire sont limitées à de très petites échelles à la fois temporelles et spatiales de sorte que les modèles hydrodynamiques et les simulations numériques des équations de Navier-Stokes restent nécessaires. Dans ce type de simulation, la méthode Continuum Surface Force pour traiter le terme capillaire entraine une vitesse et un cisaillement au niveau de la ligne de contact dépendant de la résolution, problème qui est abordé dans ce travail. L’écoulement au voisinage de la ligne de contact est analysé théoriquement dans la limite des écoulements de Stokes et l’effet des conditions limites à la paroi est exploré. Une des conditions proposées dans la littérature permet de lever la divergence du cisaillement et rend possible l’observation de tourbillons de Moffatt au voisinage de la ligne de contact ce qui reste encore à observer que ce soit expérimentalement ou numériquement. Cette possibilité est explorée de manière théorique puis numérique à l’aide du code JADIM. Sur le plan numérique, la présence de courants parasites est apparue comme limitante si la méthode VoF est utilisée. Pour remédier à cet obstacle numérique, une version très prometteuse de la méthode front-tracking utilisant des markers Lagrangien a été implémentée et améliorée pour permettre de traiter des distributions non-uniformes de markers sans perdre les performance de réduction significative des courants parasites. De nombreux tests ont été réalisés pour valider la méthode développée et montre la réduction à la précision machine des courants parasites. La méthode est également validée pour la simulation des lignes de contact statiques et dynamiques avant d’être utilisée pour l’étude de tourbillons induits par la mise en mouvement d’une ligne de contact. Finalement, s’appuyant sur les développements théoriques de ce travail, un nouveau modèle de sous maille est proposé pour permettre la simulation de lignes de contact aux échelles macroscopiques. Il est implémenté dans la nouvelle méthode front-tracking introduite dans JADIM. Les premiers résultats montrent une amélioration partielle de l’effet du maillage sur la vitesse de la ligne de contact mais une maitrise totale du cisaillement. Les simulations de l’étalement de gouttes permet de retrouver de manière très satisfaisante les résultats théoriques et expérimentaux de référence.

Jury :

Directeur de these : M. Dominique LEGENDRE - INPT Institut National Polytechnique de Toulouse

M. Guillaume GALLIERO, LFCR, Université de Pau et des Pays de l’Adour - Rapporteur

M. Thierry ONDARÇUHU - Groupe Nanosciences, CEMES-CNRS, UPR 8011 - Examinateur

M. Stephane VINCENT -ILaboratoire de Modélisation et Simulation Multi Echelle
(MSME), Université Paris-Est Marne-La-Vallée, UMR 8208 - - Examinateur

M. Stéphane ZALESKI - Institut Jean Le Rond d’Alembert (IJLRdA), UMR 7190,
Université Pierre et Marie Curie – Paris 6 and CNRS - Examinateur

M. Stéphane POPINET - Institut Jean le Rond d’Alembert Université Pierre et Marie Curie - Rapporteur

M. Yohei SATO - Paul Scherrer Institute - Examinateur

Mme. Pauline ASSEMAT - IMFT UMR 5502 - Examinateur