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Thèse M. Lebon

17 novembre 2016

Étude expérimentale de la dynamique d’une bulle en croissance en paroi d’un écoulement cisaillé en gravité terrestre et en microgravité.

Soutenance de thèse

Sous réserve d’autorisation de soutenance par les rapporteurs

Michel Lebon

Mardi 22 novembre à 14 h 30

Amphithéâtre Nougaro

Résumé :

La croissance et le détachement des bulles nucléées sur une paroi sont d’un intérêt particulier dans des situations industrielles telles que les contacteurs gaz / liquide dans le traitement chimique, la nucléation en phase vapeur dans des évaporateurs ou des dispositifs d’impression à jet d’encre. Il est important dans ces situations de prédire les tailles de bulles au détachement afin de contrôler les transferts de masse et d’énergie entre les deux phases (liquide et gazeuse). Dans la plupart des applications industrielles, les bulles grossissent dans un écoulement cisaillé ou au repos et la plupart des études visent à prévoir le rayon de détachement par une analyse de l’équilibre des forces.
Dans un premier temps, la croissance quasi-statique d’une bulle d’air nucléé sur la paroi d’une cuve et d’un canal rectangulaire est étudiée. Trois substrats différents sont utilisés pour observer l’influence des conditions de mouillage. La dynamique de la croissance de la bulle et le détachement sont alors enregistrés pour différentes configurations : canal horizontal, canal incliné, avec et sans écoulement liquide.
Ensuite, le comportement des bulles de vapeurs de HFE 7000 en croissance sur une paroi en écoulement en vase et convectif est étudié. Les expériences sont effectuées en gravité terrestre et en microgravité dans un liquide sous refroidis (HFE 7000) à basse pression (1-2bars). Un générateur de bulle a été développé. Il chauffe le liquide environnant et nucléer la bulle sur un seul site de nucléation. Les bulles croît sut le site de nucléation dans un écoulement cisaillé et se détache soit directement soit en glissant le long de la paroi. Une copie de la cellule d’essai appelé RUBI développé par l’ESA est intégrée dans le dispositif expérimental pour effectuer les premières expériences en microgravité avant son lancement dans la station spatiale ISS.
Toutes les acquisitions sont filmées à l’aide d’une caméra rapide et l’extraction du contour de la bulle est réalisée par traitement d’images. Différentes forces agissant sur une bulle sont calculées à partir des paramètres géométriques de la bulle et un bilan des forces effectué. Enfin, un bilan thermique monophasique et diphasique est effectué.