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Transfert, changement de phase & interfaces réactives

Participants permanents :

Wladimir Bergez
Catherine Colin
Dominique Legendre
Frédéric Risso
Véronique Roig
Julien Sebilleau
Sébastien Tanguy

Dans de nombreuses situations industrielles les milieux diphasiques sont le siège de transferts de chaleur et de masse, de changement de phase ou de réactions. L’ébullition et l’évaporation permettent d’obtenir un transfert de chaleur très efficace entre une paroi et un écoulement et également de produire de la vapeur. Ces mécanismes sont donc fréquemment rencontrés dans les applications nucléaires et spatiales. Mais l’ébullition est parfois non souhaitée et difficilement contrôlable comme dans les réservoirs cryogéniques des lanceurs et au moment du réallumage des moteurs de lanceurs en orbite. Les écoulements diphasiques gaz-liquide sont aussi fréquemment utilisés pour favoriser le transfert de masse entre un liquide et un gaz comme dans les bassins d’aération pour le traitement des eaux. L’interface liquide-gaz peut également être le siège de réactions chimiques introduisant un degré de complexité supplémentaire.

Un premier axe de recherche concerne les changements de phase liquide-vapeur. L’enjeu est d’être capable de prédire les transferts de chaleur et de masse entre une phase liquide et vapeur au niveau d’une bulle, d’une goutte ou d’un film. Des expériences et des simulations numériques sur des bulles isolées sont menées dans un premier temps afin d’identifier les mécanismes élémentaires de transfert de chaleur par convection et changement de phase. Puis des situations plus complexes proches des problèmes industriels sont également étudiées.

Un deuxième axe de recherche concerne les transferts de masse à une interface liquide-vapeur. Les configurations étudiées sont des films tombants, des bulles 2D en cellule Hele-Shaw, ou de petites bulles en écoulement turbulent. L’objectif ici est de quantifier les transferts en fonction de l’hydrodynamique (vitesse interfaciale, turbulence du liquide) et éventuellement de la cinétique d’une réaction chimique qui peut se produire à l’interface.