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Organisation multi-organisme : - Direction de l'Énergie Nucléaire du Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA) - Groupe pour l'Avancement des Méthodes Numériques de l'Ingénieur (GAMNI, groupe de la Société de Mathématiques Appliquées et Industrielles) - la Maison de la SimulationOrganisation multi-organisme :- Direction de l'Énergie Nucléaire du Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA) - Groupe pour l'Avancement des Méthodes Numériques de l'Ingénieur (GAMNI, groupe de la Société de Mathématiques Appliquées et Industrielles)- la Maison de la Simulation; L’érosion hydrique des sols est un phénomène néfaste pour l’environnement. Elle est dévastatrice pour lessols agricoles et l’écosystème. L’un des principaux facteurs initiateurs de ce type d’érosion est la pluie. Eneffet, l’impact les gouttes de pluie crée une force cisaillante qui arrache les particules du sol (voir [1]). Lacompréhension de ce mécanisme est encore mal connu et peu modélisé.L’approche proposée ici consiste à modéliser l’impact d’une seule goutte sur un film liquide de différentesépaisseurs. Nous nous intéressons principalement à la pression et au taux de cisaillement créés par la goutte auxpremiers instants de l’impact. Ces deux quantités sont, en effet, à l’origine de la désagrégation et du détachementdes particules du sol. Nous combinons des études théoriques et numériques pour comprendre le comportementde ces forces selon l’épaisseur du film liquide. Ainsi, deux régimes de comportement se distinguent : celui desfilms minces et des films épais.En ce qui concerne la simulation de l’impact de la goutte (voir figure 1), elle est modélisée avec le logicielGerris, solveur Navier-Stokes conçu pour les écoulements incompressibles (voir [3]).Les résultats (voir [2]) montrent que la contrainte de cisaillement dépend principalement du ratio entre lahauteur de la lame d’eau et le diamètre de la goutte. La pression maximale se situe au centre de l’impact. Quantà la position radiale de la moitié de cette pression, elle se déplace en racine carrée du temps après l’impact pourles films d’eau minces. De plus,il existe des profils auto-similaires tant pour la pression que pour le cisaillement.Ces auto-similarités sont plus évidentes pour les films minces aux premiers instants de l’impact.

L’érosion hydrique des sols est un phénomène néfaste pour l’environnement. Elle est dévastatrice pour lessols agricoles et l’écosystème. L’un des principaux facteurs initiateurs de ce type d’érosion est la pluie. Eneffet, l’impact les gouttes de pluie crée une force cisaillante qui arrache les particules du sol (voir [1]). Lacompréhension de ce mécanisme est encore mal connu et peu modélisé.L’approche proposée ici consiste à modéliser l’impact d’une seule goutte sur un film liquide de différentesépaisseurs. Nous nous intéressons principalement à la pression et au taux de cisaillement créés par la goutte auxpremiers instants de l’impact. Ces deux quantités sont, en effet, à l’origine de la désagrégation et du détachementdes particules du sol. Nous combinons des études théoriques et numériques pour comprendre le comportementde ces forces selon l’épaisseur du film liquide. Ainsi, deux régimes de comportement se distinguent : celui desfilms minces et des films épais.En ce qui concerne la simulation de l’impact de la goutte (voir figure 1), elle est modélisée avec le logicielGerris, solveur Navier-Stokes conçu pour les écoulements incompressibles (voir [3]).Les résultats (voir [2]) montrent que la contrainte de cisaillement dépend principalement du ratio entre lahauteur de la lame d’eau et le diamètre de la goutte. La pression maximale se situe au centre de l’impact. Quantà la position radiale de la moitié de cette pression, elle se déplace en racine carrée du temps après l’impact pourles films d’eau minces. De plus,il existe des profils auto-similaires tant pour la pression que pour le cisaillement.Ces auto-similarités sont plus évidentes pour les films minces aux premiers instants de l’impact.

National audience; La d eposition plasma d'atomes sur une surface est utilis ee dans de nombreuses applications industrielles. Par exemple la d eposition d'atomes de platine sur un substrat poreux carbon e permet d'augmenter fortement la catalyse des r eactions en jeu dans les piles a hydrog ene. Les atomes sont projet es sur le substrat poreux a l'aide du plasma puis diffusent et de d eposent a l'int erieur du substrat. Il en r esulte, un d epôt atomique dans le substrat dont la densit e d ecroî t continument en fonction de la distance a la surface du substrat. Exp erimentalement, il a et e observ e que cette d ecroissance correspondait a un processus globale de "super"-diffusion anomale. La diffusion anomale peut-être mod elis ee de mani ere ph enom enologique par un equation de diffusion dont le coe fficient de diffusion d epend de la profondeur z a laquelle on se trouve. Si elle permet de bien retrouver les courbes exp erimentales , cette mod elisation ne permet pas de comprendre a priori les origines de la diffusion anomale. Nous proposons pour cela d' etudier un mod ele de diffusion dans un milieu poreux qui couplent de mani ere non-lin eaire la diffusion des atomes libres dans le poreux et celle des atomes absorb es par le substrat. Ces deux equations de diffusion sont coupl es par la loi d'absorption/d esorption des atomes par le substrat. Ce mod ele pr esente donc l'avantage de prendre en compte, même de mani ere simplif ee, les m ecanismes physiques microscopiques pertinents.

National audience; Il existe de grands champs d'application des dépôts sur les surfaces complexes, en particulier poreuses ou présentant des forts rapports d'aspect, comme dans le cas des tapis de nanotubes, nanofibres ou bien leur négatifs que sont les réseaux de trous cylindriques tels que les templates d'alumine. Le transport de matière et la croissance de nanostructures ou nanoobjets dans ces substrats posent de nombreux problèmes scientifiques. Lorsque les dimensions de l'espace vide dans ces substrats sont nanométriques, il est intéressant de comparer les prédictions des modèles continus et des modèles particulaires. De plus, cette comparaison peut s'étendre aux expériences de laboratoire dans le cas des dépôts issus de l'exposition à une vapeur d'atomes.

Le dépôt sur substrats à géométrie complexe est une thématique à fort potentiel scientifique et applicatif, comme en témoigne la création récente d'un Groupement de Recherche du CNRS (GdR 3184 SurGeCo " Mécanismes de dépôt par voie gazeuse sur des Surfaces à Géométrie Complexe, http://surgeco.grenoble-inp.fr/). Le domaine des films catalytiques qui requièrent de grandes surfaces spécifiques destinées à maximiser le nombre de sites actifs pour la catalyse des réactions chimiques, est en pleine expansion. L'essor des technologies plasmas froids (pulvérisation plasma en particulier, mais aussi le dépôt par voie chimique en phase vapeur assisté par plasma (PA ou PE-CVD), dépôt à la pression atmosphérique, dépôt par ablation laser ..., et l'éventuelle combinaison de ces techniques) dans le domaine en est une des raisons. Ces techniques d'élaboration de couches minces visent soit à déposer uniquement le catalyseur, soit le catalyseur avec son support par procédés de co-élaboration [1-6]. L'une des propriétés particulières des matériaux supports de catalyseurs est d'avoir une très grande surface spécifique que l'on mesure en m2.g-1. Pour illustrer la signification de cette grandeur, on peut faire le raisonnement suivant : le graphite a une densité d'environ 2 g.cm-3. Un cube de graphite de côté a = 1 cm a donc une masse de 2 g. Sa surface est de 6a2 = 6 cm2. Donc la surface spécifique est de 3 cm2.g-1. Supposons que, dans un cube de 1 cm de côté, soient empilées, selon un réseau cubique simple, des sphères de diamètre d=100nm. Dans ce cube, il y aura donc (1/(100 10-7))3 = 1015 sphères de graphite de surface d2 = 3.14 10-10 cm2 et donc la surface totale développée est donc 3.14 10-10 x 1015 = 3.14 105 cm2 que l'on compare aux 6 cm2. L'accroissement de surface est donc d'environ 50 000 et par conséquent le nombre de sites réactionnels actifs est considérablement accru. La surface spécifique de cet empilement est donc 3 x 50 000 cm2.g-1= 15 m2.g-1. L'autre paramètre important est la porosité p, rapport du volume vide au volume total V. Dans ce cas simple, elle est donnée par p= 1 - ΣVsphères/V = 1- (Nxd3/6)/V. Ce qui, dans l'exemple précédent, donne p = 48%. Le dépôt par voie plasma, en particulier par pulvérisation cathodique (magnétron ou autre), offre une occasion unique de s'intéresser au dépôt et au transport des espèces sur et dans le milieu poreux hôte. En effet, la pulvérisation cathodique fournit dans les configurations les plus courantes, une source d'atomes dont le flux, la distribution en énergie et angulaire peuvent être assez bien connus [7-9]. De plus, des modélisations de complexités variées permettent d'y accéder, au moins en première approximation. Afin de faire une large description de la méthodologie que l'on peut mettre en place pour décrire les mécanismes de dépôts/diffusion/croissance dans les milieux poreux assistés/induits par plasma, ce chapitre s'appuiera sur les travaux récents que nous avons menés sur le dépôt par pulvérisation cathodique de platine sur des couches poreuses de carbone, et de supports d'alumine constitués d'un réseau hexagonal de pores cylindriques traversants (" template d'alumine " ou AAO pour Anodized Aluminum Oxide). Le paragraphe suivant décrira les résultats expérimentaux, tandis que le troisième, portant sur un traitement à base d'équations de diffusion, sera proposé pour interpréter les expériences. Le quatrième paragraphe montrera les résultats issus de la Dynamique Moléculaire après un rappel de ses caractéristiques. Enfin, une conclusion terminera ce chapitre.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; L'impact d'une goutte d'eau sur un film élastique peut engendrer de fortes déformations et, sous certaines conditions, peut causer le repliement complet de la membrane autour du liquide. On a étudié ce phénomène (appelé aussi origami capillaire) de façon expérimentale, pour différents patrons et différentes vitesses d'impact, et on a mis en évidence une sélection dynamique de la forme de repliement. Dans le cadre 2D d'impact sur une lamelle, on propose un modèle simple pour identifier les mécanismes-clé du problème, dont les résultats sont en bon accord avec l'expérience.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Les écoulements en présence d'interfaces conduisent à des dynamiques complexes mettant en jeu par exemple des nappes liquides minces ou la formation et le détachement de gouttes. L'objectif ici, est l'étude théorique et numérique de la stabilité longitudinale d'un bourrelet formé au bout d'une nappe liquide sous l'effet de la capillarité. Un nouveau modèle théorique prenant en compte la variation temporelle du rayon du bourrelet est proposé et comparé à des simulations numériques 3D Navier-Stokes d'une nappe liquide se rétractant dans un milieu gazeux.

http://nonlineaire.univ-lille1.fr; National audience; La projection d'atomes de platine sur un substrat poreux de carbone par pulvérisa\-tion plasma permet notamment de réaliser des couches minces catalytiques de grande qualité. La connaissance et le contrôle de la densité de platine adsorbé dans le milieu poreux au cours du temps y sont donc cruciales. A partir des mesures expérimentales donnant le profil de densité d'atomes adsorbées en fonction de la profondeur dans le poreux au cours du temps, nous montrons que le processus de diffusion dans le poreux est super-diffusif. De plus, nous retrouvons ces résultats expérimentaux à partir d'un modèle classique de diffusion poreux-fractal dans laquelle les coefficients dépendent du temps afin de tenir compte de l'adsorption.

National audience

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; L'objectif de la présente étude, est d'une part l'analyse 2D de la dynamique et de la stabilité du bourrelet de Taylor-Culick formé au bout d'une nappe liquide sous l'effet de la tension de surface puis une étude numérique par des simulations 2D d'une nappe liquide se rétractant dans un milieu gazeux. La nappe liquide ainsi que le bourrelet formé au bord, sont d'autant plus instables que la viscosité du liquide diminue.Cette transition est étudiée à partir d'un critère quantitatif de stabilité.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; La formation de gouttelettes survient lors de l'atomisation, du déferlement des vagues et de l'impact d'une goutte sur une surface liquide ou solide. Lorsqu'une goutte impacte une couche du même liquide, une nappe est créée. Sous l'effet de la tension de surface, son bord se rétracte et forme un bourrelet où apparaissent des gouttelettes. Nous avons étudié numériquement l'instabilité de cette nappe liquide à l'aide d'un code pour les écoulements diphasiques utilisant la méthode VOF. Une première forme d'initialisation consiste en l'ajout d'une perturbation sineuse pour l'extrémité de la nappe. Cependant, pour observer la formation de gouttelettes, une amplitude de perturbation étonnamment grande par rapport à sa longueur d'onde est nécessaire. Pour diminuer l'amplitude requise, nous avons initialisé avec une perturbation variqueuse. Nous avons déterminé la formation de gouttelettes pour deux longueurs d'onde de la perturbation.

Depuis les années 80, le Ministère de l'Aménagement du Territoire et de l'Environnement a initié une démarche de modernisation des réseaux de mesures et des banques de données sur l'eau afin d'améliorer la qualité des données et leur diffusion. C'est dans ce cadre que le Ministère a décidé de mettre en place un système standardisé d'acquisition de données baptisé " PLQ2000 " (P : Pluviométrie, L : Limnimétrie, Q : Qualité des eaux) Un groupe de travail national, composé d'experts et d'utilisateurs, a été chargé d'établir le cahier des charges d'une station d'acquisition standardisée et polyvalente, ayant pour ambition de répondre, dans un premier temps, aux besoins des services d'hydrométrie générale et d'annonce de crues. Pour répondre aux exigences de qualité, la Direction de l'Eau a décidé d'initier une démarche de dépôt de marque et de certification des stations. Dans le cadre de ce projet, l'INERIS assure, d'une part, la gestion technique du concept PLQ2000 en appui technique au ministère chargé de l'Environnement et d'autre part la certification des stations PLQ2000 en tant qu'organisme certificateur conformément à la norme EN45011.