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The wetting of a liquid on a surface is a recurrent problem in daily life and in industry. For various applications, omnirepellent coatings allowing any liquid to slide without pinning are of great interest. Historically, fluorinated molecules have been widely used because of their low surface energy. However, recent studies have classified them as harmful to the environment and human health, so new, safer, and environmentally friendly technologies are needed. Siloxanes are perfect candidates because they can form slippery liquid-like surfaces due to the high mobility of the Si-O-Si bond.The main objective of this project was to optimize the coating deposition process of a siloxane (dimethyldimethoxysilane) under acidic conditions on glass surfaces and to elucidate the corresponding grafting mechanisms. A surprising humidity‑dependent multi-scale patterning of the surface was discovered. These patterns play a major role in the optimization of sliding. An adsorbed polymer layer also increases the sliding properties due to the high mobility and flexibility of polymers. However, this layer has to be stabilized: polymers are so mobile that the sliding of droplets can wash them away.This knowledge can then be adapted to other systems in order to propose greener and more relevant solutions for industry. These findings could be extended to any substrate material that can be coated with a layer of SiO2. This PhD project, thus, paves the way for the manufacture of a range of omnirepellent coatings, that are less detrimental to the environment and human health.; Le mouillage d'un liquide sur une surface est une problématique récurrente au quotidien et en industrie. Pour diverses applications, les revêtements omnifuges sur lesquels un liquide quelconque glisserait sans laisser de traces sont d'un grand intérêt. Historiquement, les molécules fluorées ont largement été utilisées, car elles induisent une faible énergie de surface. Cependant, de récentes études les ont classées comme produits organiques persistants, il est donc nécessaire de trouver de nouvelles technologies plus sûres et écologiques. Ainsi, les siloxanes sont de meilleurs candidats, car ils peuvent former des surfaces de type liquide très glissantes de par la grande mobilité de la liaison Si‑O‑Si.L'objectif principal de ce projet est donc d'optimiser le procédé de dépôt du revêtement à base de diméthyldiméthoxysilane en conditions acides sur des surfaces de verre et de proposer un modèle du mécanisme moléculaire sous-jacent. Une surprenante structuration multi-échelles de la surface, fortement dépendante de l'humidité relative, a été découverte. Cette structuration joue un rôle majeur dans l'optimisation du glissement. La présence d'une couche adsorbée de polymères, très mobiles, accroît également l'aspect glissant du revêtement. Cependant, cette couche doit être stabilisée : la mobilité des polymères est telle qu'ils peuvent être évacués par le passage des gouttes de liquide.Ce projet de thèse ouvre ainsi la voie à la fabrication de revêtements omnifuges, plus respectueux pour l'environnement et la santé. Il est en particulier possible de transposer ces travaux à d'autres substrats, en utilisant notamment une sous-couche de SiO2.

In the semiconductor industry, effective wet cleaning of contamination is a critical factor in ensuring good quality of electronic products. The cycle between the wetting and drying processes can create several problems in the high aspect ratio micro / nanoscale structures. In this thesis work, we present the characterization of the dynamic wetting of fluids within Deep Trench Isolation (DTI) structures used in STMicroelectronics imaging sensors. This characterization uses an original technique of acoustic waves reflectometry at ultra-high frequencies. In order to obtain cleaning conditions as close as possible to those used in the industrial process, dynamic wetting is provided by a microfluidic channel made of PolyDiMethylSiloxane (PDMS) located at the level of the structures to be studied. An analytical numerical model based on 2D finite difference allowed us to simulate the acoustic interactions inside micro / nanostructures to better interpret the experimental results. In addition, the development of a technique for the automatic acquisition of the acoustic reflection coefficient has made it possible to study the rapid wetting processes of DTI structures. Finally, the kinematics of DTI drying was also studied with different liquids. Structural deformation phenomenon, known as "pattern collapse", was analyzed using scanning electron microscopy (SEM) images and correlated with acoustic measurements.; Dans l'industrie des semi-conducteurs, un nettoyage efficace des contaminations par voie humide est un facteur déterminant pour garantir la bonne qualité des produits électroniques. Le cycle entre les processus de mouillage et de séchage peut alors créer plusieurs problèmes dans les structures micro/nanométriques à rapport d'aspect élevé. Dans ce travail de thèse, nous présentons la caractérisation due mouillage dynamique de fluides au sein de structures "Deep Trench Isolation" (DTI) utilisés dans les capteurs imageurs de STMicroelectronics. Cette caractérisation utilise une technique originale de réflectométrie d'ondes acoustiques à ultra-hautes fréquences. Afin d'obtenir des conditions de nettoyage aussi proches que possible de celles utilisées dans le procédé industriel, le mouillage dynamique est assuré par un canal microfluidique réalisé en PolyDiMethylSiloxane (PDMS) localisé au niveau des structures à étudier. Un modèle numérique analytique basé sur les différences finies 2D nous a permis de simuler les interactions acoustiques à l'intérieur des micro/nanostructures pour interpréter au mieux les résultats expérimentaux. De plus, le développement d'une technique d'acquisition automatique du coefficient de réflexion acoustique a donné la possibilité d‟étudier les processus rapides de mouillage des structures DTI. Enfin, la cinématique de séchage des DTI a également été étudiée avec différents liquides. Des phénomènes de déformation des structures ("pattern collapse") ont été analysés à l'aide d'images de microscopie électronique à balayage (MEB) et corrélés avec les mesures acoustiques.

This work deals with physico-chemical aspects of zirconia-to-titanium joining by brazing for a biomedical application (cochlear implant), mainly supported by microscopy analyses (SEM, FEG-SEM, TEM) of interfacial reaction products.In a first section, we performed an experimental study of wetting and interfacial reactivity of zirconia and titanium substrates, using the «sessile drop» and «dispensed drop» methods. First, wetting of zirconia by the biocompatible active brazing alloys (Ag-A, Au-Sn-A and Au-A, A being Ti or Zr active element) was studied, in the temperature range 1066°C - 1270°C. Zirconia is well wetted by all these selected alloys. A comprehensive study was conducted with the Au-xTi (0.6 < x < 4 wt%) alloys, as they are the best candidates for zirconia-to-titanium brazing in terms of interfacial reactivity. Indeed, the wettable TixOy reaction product layer formed at the ZrO2 / alloy interface is homogeneous, continuous and thin (0.3 - 4 µm). Then, wetting study of titanium substrate with pure gold was performed in the temperature range 1077 - 1125°C. The non-reactive wetting of Au on Ti, observed during the first ten milliseconds, is followed by a much longer reactive spreading stage occurring by dissolution and formation of a reaction product layer at the interface. Good wetting of Ti is obtained, whatever the surface state of the substrate (with or without native oxide).In a second section, ZrO2 / Ti brazing with pure gold was investigated. The joint is created thanks to the formation of reaction products at both interfaces. At Ti / Au interface, four Ti-Au intermetallic compounds (Ti3Au, TiAu, TiAu2 and TiAu4) and the δ-Au solid solution are observed. Ti dissolution and diffusion into liquid Au lead to the formation of a wettable TixOy layer at the ZrO2 / Au interface. Oxygen is provided by zirconia, becoming sub-stoichiometric near the joint. The impact of several factors such as filler metal thickness, brazing temperature, holding time and oxygen partial pressure was investigated in order to propose optimum brazing parameters. This brazing study was supported by tensile tests, leading to an average rupture stress of about 56 MPa. For the first time, a relation between the oxygen partial pressure in the brazing furnace and the mechanical properties of the joint was experimentally established., Dans ce travail, nous avons étudié les aspects physico-chimiques de l'assemblage ZrO2 / Ti par brasage pour une application biomédicale (implants cochléaires), avec l'appui de la caractérisation fine (MEB, MEB-FEG, TEM) pour analyser les produits réactionnels.Dans une première partie, nous avons réalisé une étude expérimentale du mouillage et de la réactivité interfaciale des substrats zircone et titane, en mettant en œuvre les techniques de la «goutte posée» et de la «goutte déposée». Tout d'abord, nous avons investigué le mouillage de la zircone par des alliages de brasage réactifs et biocompatibles (Ag-A, Au-Sn-A et Au-A, A étant l'élément actif Ti ou Zr) entre 1066°C et 1270°C. Tous ces alliages permettent un bon mouillage de la zircone. Une étude approfondie a été effectuée avec les alliages Au-xTi (0,6 < x < 4 % massique) puisqu'ils sont les meilleurs candidats pour le brasage zircone / titane en terme de réactivité interfaciale. En effet, la couche réactionnelle TixOy mouillable formée à l'interface zircone / alliage est homogène, continue et fine (0.3 - 4 µm). Ensuite, le mouillage du titane par l'or pur a été étudié entre 1077°C et 1125°C. L'étalement non réactif de l'or sur le titane, observé durant les 10 premières millisecondes, est suivi d'un étalement réactif (dissolution et formation d'un produit réactif à l'interface) beaucoup plus long. Un très bon mouillage est obtenu quel que soit l'état de surface du substrat de Ti (avec ou sans oxyde natif).Dans une seconde partie, le brasage ZrO2 / Ti avec l'or pur a été investigué. Le joint ZrO2 / Au / Ti est créé grâce à la formation de produits réactionnels aux deux interfaces. A l'interface Ti / Au, quatre intermétalliques Ti-Au (Ti3Au, TiAu, TiAu2 and TiAu4) et la solution solide δ-Au sont observés. La dissolution du Ti du substrat et la diffusion de Ti dans Au liquide, conduisent à la formation d'un oxyde TixOy mouillable à l'interface ZrO2 / Au. L'oxygène est fourni par la zircone qui devient sous-stœchiométrique proche du joint. L'effet de plusieurs facteurs tels que l'épaisseur de la brasure, la température de brasage, le temps de maintien et la pression partielle d'oxygène, a été étudié dans le but de proposer des paramètres de brasage optimaux. Cette étude a été complétée par des essais de traction qui ont conduit à une contrainte à rupture moyenne de l'ordre de 56 MPa. Une relation entre la pression partielle d'oxygène dans le four de brasage et le comportement mécanique du joint a été établie expérimentalement pour la première fois.

This manuscript presents a numerical analysis of the influence of chemical or topographic surface texturing on the static and dynamic behaviour of a drop.The numerical method used for this work is the Lattice Boltzmann method. It is a method that can both consider the global interactions of a fluid and the local interactions between fluid and solid which is ideal for simulating wetting. This method is coupled to a pseudo-potential interaction model which allows to simulate the interactions between two fluids. In addition, in order to control the interactions between fluids and a chemically textured solid, an improvement of a fluid-solid interaction model is proposed.By simulating wetting on textured surfaces using this numerical tool, two triple line phenomenons are observed as a function of the textures: sticking and release.The sticking phenomenon has the effect of blocking the triple line under certain conditions, depending on the intensity of the textures. If these conditions are not respected, the triple line is still slowed down depending on the intensity of the texture. The phenomenon of sticking tends to reduce the spread of a drop.The releasing phenomenon is the opposite of sticking, it has the effect of forcing a displacement of the triple line. This displacement is induced by a triple line acceleration when a texture is crossed. The releasing phenomenon tends to increase the spread of a drop.By dynamic study, it has been shown that the liquid-gas interface is deformed during spreading. This deformation propagates within the drop and can locally exceed the equilibrium conditions of a drop on a surface. In addition, when the triple line crosses a texture, deformation at the liquid-gas interface is also generated and propagated.In the light of these results, the influence of texturing on the spreading of a drop is finally discussed: the behaviour of the triple line and the deformation of the liquid-gas interface.; Ce mémoire de thèse présente une analyse numérique de l'influence de la texturation chimique ou topographique de surface sur le comportement statique et dynamique d'une goutte. La méthode numérique utilisée pour ces travaux est la méthode Lattice Boltzmann. C'est une méthode qui peut à la fois prendre en compte des interactions globales d'un fluide et des interactions locales entre fluide et solide ce qui est idéal pour simuler le mouillage. Cette méthode est couplée à un modèle d'interaction par pseudo-potentiel qui permet de simuler les interactions entre deux fluides. De plus, afin de contrôler les interactions entre les fluides et un solide texturé chimiquement, une amélioration d'un modèle d'interaction fluide-solide est proposée. En simulant le mouillage sur surfaces texturées à l'aide de cet outil numérique, deux phénomènes de ligne triple sont observés en fonction des textures : le collage et la relâche.Le phénomène de collage a pour effet de bloquer la ligne triple dans certaines conditions, en fonction de l'intensité des textures. Si ces conditions ne sont pas respectées, la ligne triple est tout de même ralentie en fonction de l'intensité de la texture. Le phénomène de collage tend à réduire l'étalement d'une goutte.Le phénomène de relâche est opposé au collage, il a pour effet de forcer un déplacement de ligne triple. Ce déplacement est induit par une accélération de ligne triple lorsqu'une texture est franchie. Le phénomène de relâche tend à augmenter l'étalement d'une goutte.Par l'étude dynamique, il a été montré que l'interface liquide-gaz se déforme pendant l'étalement. Cette déformation se propage dans la goutte et peut localement dépasser les conditions d'équilibre d'une goutte sur une surface. De plus, lorsque la ligne triple traverse une texture, une déformation au niveau de l'interface liquide-gaz est aussi générée et propagée.A la lumière de ces résultats, est finalement discutée l'influence de la texturation sur l'étalement d'une goutte : le comportement de la ligne triple et la déformation de l'interface liquide-gaz.

L’Ifrīqiya est la première région de l’Occident musulman à avoir été pourvue de ribāts à partir du viiie siècle avec la construction de ceux de Monastir et de Sousse. Ces deux établissements, qui ont connu leur épanouissement dès les premiers siècles de l’Islam, ont fait l’objet de nombreuses études par Alexandre Lézine au milieu du xxe siècle, notamment du point de vue de leur architecture, de leurs formes et de leurs composantes. Au cours de cette même période, Slimane Mostafa Zbiss a lui a...

A hydrodynamic description of liquids at very small scales requires to consider effects specific to these scales, such as intermolecular forces. We have investigated these effects by studying the behavior of supported liquid films of thicknesses of a few tens of microns, that are driven by thermal gradients. The Marangoni flows resulting from the thermal gradients allow a controlled dewetting of the liquid films. Using two different optical techniques, we have measured the height profiles of these films as a function of time, for thicknesses spanning 3 decades and with a resolution of a few nanometers. The experimental thinning dynamics is discussed with the help of a numerical resolution of the thin-film equation. We show that the thermocapillarity effect produces a local regime which is solely characterised by the interplay of the surface tension gradient and the disjoining pressure. The resulting master evolution allows to fully characterise the gradient of the thermal field. Deviations from this master curve result from the effect of intermolecular forces, and the derivative of a disjoining pressure could be obtained from experimental data for thicknesses ranging from 10 to 100nm. In the case of wetting liquids (silicone oils on a glass substrate), the disjoining pressure follows a power-law with thickness that cannot be described by the commonly assumed van der Waals model. In addition, we provide results on unstable films of two alkanes on the same substrate, which break up by the combined effect of thermocapillarity and attractive intermolecular forces. In this case, an ultra-thin foot that recedes towards a macroscopic contact line is formed. Finally, the effect of the ultra-thin film in the relaxation dynamics of the films upon removing the driving thermal field is also studied. In the case of silicone oil, we show how the shape of the ultra-thin film affects the recovery of the initial homogeneous configuration. In the case of alkane films, the contact line remains fixed once the thermal field is removed., La description hydrodynamique des liquides à très petites échelles nécessite de considérer des effets spécifiques à ces échelles, tels que les forces intermoléculaires. Nous nous sommes intéressés à ces effets en étudiant le comportement de films liquides sur des substrats solides, d'épaisseurs de quelques dizaines de microns, qui sont manipulés par des gradients thermiques. Les écoulements Marangoni résultant des gradients thermiques permettent un démouillage contrôlé des films liquides. En utilisant deux techniques optiques différentes, nous avons mesuré les profils de hauteur de ces films en fonction du temps, pour des épaisseurs couvrant 3 décades et avec une résolution de quelques nanomètres. La dynamique expérimentale d’amincissement des films est discutée à l'aide d'une résolution numérique de l'équation de films minces. On montre que l'effet thermocapillaire produit un régime local qui est caractérisé uniquement par l'interaction du gradient de la tension de surface et de la pression de disjonction. L'évolution maîtresse qui en résulte permet de caractériser complètement le gradient du champ thermique. La déviation par rapport à cette courbe maîtresse résulte de l'effet des forces intermoléculaires, et la dérivée d'une pression de disjonction a pu être obtenue à partir de données expérimentales pour des épaisseurs allant de 10 à 100nm. Dans le cas de liquides mouillants (huiles silicone sur un substrat en verre), la pression de disjonction suit une loi de puissance avec l'épaisseur qui ne peut pas être décrite par le modèle de van der Waals communément supposé. Par ailleurs, nous fournissons des résultats sur des films instables de deux alcanes sur le même substrat, qui se rompent par l'effet combiné de la thermocapillarité et des forces intermoléculaires attractives. Dans ce cas, il se forme un pied ultra-mince qui recule vers une ligne de contact macroscopique. Enfin, l'effet du film ultra-mince sur la dynamique de relaxation des films lors de la suppression du champ thermique moteur est également étudié. Dans le cas de l'huile de silicone, on montre comment la forme du film ultra-mince affecte la récupération de la configuration homogène initiale. Dans le cas des films d'alcane, la ligne de contact reste fixe une fois que le champ thermique est supprimé.

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., 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 use of bitumen emulsion cold mixes, coupled with the reuse of reclaimed asphalt pavement (RAP), is part of an effective approach to preserve the environment. Such materials are intended for low to medium traffic-loading pavements and can represent significant potential for the secondary network in African countries, such as Côte d'Ivoire, where road traffic is low. Their formulation requires to ensure the compatibility of the emulsion with virgin aggregates and RAP according to their respective physicochemical characteristics.Surfactants determine emulsion-substrate interaction in terms of emulsion breaking, wetting and adhesion of binder onto substrate. The final mechanical performances of virgin and recycled asphalt mixtures are linked to these processes, which take place from the manufacturing to the in situ curing stages.The objective of this thesis was to study the phenomena occurring at the emulsion-substrate interfaces in order to understand the formulation of the emulsion and its impact on the implementation and durability properties of virgin and recycled asphalt mixes.The research work was carried out at two levels. The first level concerned studies at the microscopic scale on emulsion-substrate interactions, relative to the phenomena of surfactant adsorption, emulsion breaking process, behavior of emulsion-filler mixtures and emulsion wetting on model substrates. The second level concerned studies at the macroscopic scale through the emulsion-aggregate adhesivity tests, the formulation of virgin and recycled mixtures and the evaluation of their cohesion build-up and their water resistance.On a microscopic scale, the surfactant adsorption differed according to the surfactant-substrate pair considered; the emulsion breaking on the aggregate was all the more rapid as the SiO2 content increased. At the rheological level, the behavior of the emulsion-filler mixtures was influenced by the surfactant nature and content, the specific surface area of the aggregates and the emulsion-filler mass ratio. RAP exhibited higher contact angles and lower adhesion work with the emulsion than the virgin aggregates. This suggests that in a recycling context, the emulsion will preferentially wet virgin aggregates.On a macroscopic scale, formulation tests revealed a variation in the total water content of the mixtures depending on the surfactant nature and content. The cohesion build-up and water resistance tests, carried out on virgin and recycled asphalt mixes, indicated optimum values of surfactant content depending on the nature of virgin aggregates with respect to these properties. A relationship was found between short-term cohesion and water resistance.Finally, a comparison of the results at both scales leads to correlations between them, which specify the mechanisms involved in the surfactant adsorption on the substrates and clarify the contribution of the aged binder in the mechanical performances of recycled asphalt mixes thanks to the surfactant effect., L’emploi d’enrobés bitumineux à l’émulsion de bitume dans les structures de chaussées, couplé avec la réutilisation de matériaux recyclés appelés agrégats d’enrobés, permet de s’inscrire dans une démarche efficace de préservation de l’environnement. De tels matériaux sont destinés à des chaussées de faibles à moyens trafics et peuvent constituer un grand potentiel pour le réseau secondaire peu aménagé des pays africains, tels que la Côte d’Ivoire, où le trafic routier est peu dense. Leur formulation requiert d’assurer la compatibilité de l’émulsion avec les granulats neufs et les agrégats d’enrobés selon leurs caractéristiques physico-chimiques respectives.Dans l’interaction émulsion-substrat, les tensioactifs sont amenés à jouer un rôle majeur dans les mécanismes de rupture, de mouillage et d’adhésion. Les performances finales des enrobés neufs et recyclés sont fortement dépendantes de ces processus qui se déroulent pendant les étapes de fabrication, de mise en œuvre et de mûrissement in situ.L’objectif de cette thèse est d’étudier les phénomènes aux interfaces émulsion-substrat en vue d’appréhender l’influence des paramètres de formulation de l’émulsion sur les propriétés de mise en œuvre et de durabilité des enrobés neufs et recyclés.La démarche de recherche s’est articulée suivant deux axes. Le premier axe a concerné l’étude à l’échelle microscopique des interactions émulsion-substrat, relativement aux phénomènes d’adsorption des tensioactifs, à la rupture des émulsions sur substrat, à la rhéologie des mélanges émulsion-filler et au mouillage de l’émulsion sur des substrats modèles. Le second axe a considéré l’étude à l’échelle macroscopique des enrobés neufs et recyclés à travers des essais d’adhésivité émulsion-granulat, de formulation à petite échelle et d’évaluation de la cohésion et la tenue à l’eau.A l’échelle microscopique, une différence d’adsorption des tensioactifs a été notée suivant le couple tensioactif-substrat. La vitesse de rupture des émulsions au contact des granulats est rapide à mesure que la teneur en SiO2 augmente. Au niveau rhéologique, le comportement des mélanges émulsion-filler est influencé par la nature et la teneur en tensioactif, la surface spécifique des granulats et le ratio émulsion-filler. Les agrégats d’enrobés ont présenté des angles de contact plus élevés et des travaux d’adhésion plus faibles avec l’émulsion que les granulats neufs ; cela suggère que dans le cadre du recyclage, l’émulsion mouillera préférentiellement les granulats neufs.A l’échelle macroscopique, les essais de formulation ont révélé une variation de la teneur en eau totale des mélanges en fonction de la nature et du dosage de tensioactif. Les tests de montée en cohésion et de tenue à l’eau, effectués sur les enrobés neufs et recyclés, ont indiqué des teneurs optimales en tensioactif selon la nature du granulat neuf vis-à-vis de ces propriétés. Les résultats ont par ailleurs montré un lien entre la force de poussée à court terme et la tenue à l’eau.Enfin, une confrontation des résultats aux deux échelles a permis d’établir des corrélations entre elles, de mieux préciser les mécanismes en jeu, en termes d’adsorption des tensioactifs sur les substrats, et d’appréhender la contribution du liant vieilli dans les performances mécaniques des enrobés recyclés grâce aux tensioactifs.

Langmuir films provide the opportunity to elaborate chemically heterogeneous polymer surfaces with controlled organization. In this framework, the mixing properties and the structure of Langmuir films based on polybutadiene (PB) and cellulose acetate (CA) were characterized at the air-water interface by thermodynamical measurements, Brewster angle microscopy (BAM) observations, sum frequency generation (SFG) spectroscopy and neutron reflectivity. With BAM observations, no lateral phase separation was identified at the studied scales (> 1 µm) for CA/PB mixed films, whatever the surface pressure and the blend composition. However, neutron reflectivity measurements, using isotopic contrast variation method, revealed the progressive expulsion of PB towards the film-air interface during the film compression. Thus, at a low surface pressure, homogeneous mixed monolayers were identified but evolve into two interdiffused layers at higher surface pressures. These structures, mainly governed by the surface pressure, were attributed to the predominant hydrophobic character of PB.Then, two-dimensional polymer networks were in situ synthetized in the aim of both fundamental comprehension of how polymer cross-linking affects the final structure and achievement of stable coatings with an adjustable chemical composition. Thus, the UV-induced PB network formed at the air-water interface showed firstly, a monolayer contraction by a factor of four and a decrease in 2D compressibility by a factor of two. Secondly, the reaction has been proven by SFG with the disappearance of the characteristic bands of the vinyl groups. In addition, neutron reflectivity measurements showed that the PB film thickens significantly and exhibits a dense PB upper layer, three times thicker than before cross-linking with a highly hydrated lower part. Then, the PB cross-linking under UV irradiation within mixed CA/PB films was demonstrated by SFG. Moreover, in agreement with the monolayer contraction undergone by all of the films during the reaction, their thickness increases significantly and they are getting richer in PB near the film-air interface. Thus, the resulting CA/cross-linked PB ultrathin materials are like 2D semi-interpenetrating polymer networks. They are laterally homogeneous on scales greater than the micron but exhibit a vertical inhomogeneity attributed to the hydrophobic character of PB., Les films de Langmuir offrent la possibilité d’élaborer des surfaces de polymères chimiquement hétérogènes à l’organisation contrôlée. Dans ce cadre, les propriétés de mélange et la structure de films de Langmuir à base de polybutadiène (PB) et d’acétate de cellulose (CA) ont été caractérisées à l’interface eau-air par mesures thermodynamiques, observations en microscopie à l’angle de Brewster (BAM), spectroscopie par génération de fréquence somme (SFG) et réflectivité des neutrons. Des observations préliminaires par BAM des films mixtes CA/PB ont montré l’absence de séparation de phases latérale aux échelles considérées (> 1 µm), quelles que soient la pression de surface et la composition du mélange. Les mesures de réflectivité des neutrons sur les films mixtes, en utilisant la méthode de variation de contraste, ont permis de mettre en lumière l’expulsion progressive du PB vers l’interface film-air au cours de la compression du film. Ainsi des monocouches mixtes homogènes à faible pression de surface évoluent en structures à deux couches interdiffusées à pression de surface plus élevée. Ces structures, régies principalement par la pression de surface, ont été attribuées au caractère prédominant hydrophobe du PB.Dans un deuxième temps, la synthèse in situ de réseaux bidimensionnels de polymères a été réalisée dans un but à la fois fondamental de compréhension des modifications de structure engendrées par la réticulation des polymères et d’obtention de revêtements stables à la composition chimique ajustable. La formation, sous irradiation UV, d’un réseau de PB à l’interface eau-air a pu être mise en évidence par la contraction de la monocouche d’un facteur quatre, une diminution de la compressibilité 2D d’un facteur deux et la disparition des bandes caractéristiques de la vibration des liaisons vinyle. De plus, les mesures de réflectivité des neutrons ont montré que le film de PB s’épaissit significativement et présente une couche supérieure dense en PB trois fois plus épaisse qu’avant réticulation et une partie inférieure fortement hydratée. La réticulation du PB sous irradiation UV au sein des films mixtes CA/PB a ensuite été démontrée par SFG. De plus, en accord avec la contraction subie par l’ensemble des films lors de la réaction, leur épaisseur augmente significativement et ils s’enrichissent en PB au voisinage de l’interface film-air. Les matériaux ultrafins obtenus CA/PB réticulé s’apparentent à des réseaux semi-interpénétrés de polymères bidimensionnels. Ils sont homogènes latéralement sur des échelles supérieures au micron mais présentent cependant une inhomogénéité verticale attribuée au caractère hydrophobe du PB.

La formation de givre sur les profils aéronautiques présente un danger important pour la sécurité des appareils. Les stratégies d’anti-givrage peuvent amener à la formation de ruisselets liquides à la suite de films d’eau continus, mais ces ruisselets ne sont pas pris en compte dans la simulation des phénomènes et peuvent regeler sur les profils, rendant leur compréhension nécessaire. A travers l’étude de la littérature, deux dispositifs sont étudiés. Le premier dispositif est celui de la plaque inclinée, sur laquelle le liquide s’écoule sous l’effet de la gravité. Le second dispositif est celui du disque tournant, où un volume de liquide est posé au centre d’un disque : les forces d’inertie induites par la rotation provoquent l’étalement du liquide. L’étude du premier dispositif permet d’observer deux états d’équilibre : le pincement lorsque l’hystérésis est restreinte, et le film parallèle lorsqu’elle est étendue. L’étude de l’état transitoire montre l’apparition de ruisselets transitoires, dont les lignes triples restent fixées si l’hystérésis est trop grande. Les codes de simulations utilisés à l’ONERA arrivent à retrouver ces ruisselets et l’état d’équilibre de pincement, mais l’hystérésis n’est pas prise en compte, et ils n’arrivent pas à retrouver le comportement en film parallèle. Les études sur le disque tournant permettent d’étendre une partie des résultats de la littérature mais une influence de l’état de surface sur le déclenchement de la transition est observée expérimentalement. Il manque des données expérimentales pour être interprété plus en détail. Un premier modèle est développé pour modéliser le comportement des ruisselets, mais une meilleure modélisation de l’écoulement dans la tête semble ici aussi nécessaire. The formation of frost on aeronautical profiles presents a significant danger to the safety of aircraft. Anti-icing strategies can lead to the formation of liquid streams following continuous films of water, but these streams are not taken into account in the simulation of the phenomena and can refreeze on the profiles, making their understanding necessary. . Through studying the literature, two devices are studied. The first device is that of the inclined plate, on which the liquid flows under the effect of gravity. The second device is that of the rotating disc, where a volume of liquid is placed in the center of a disc : the inertial forces induced by the rotation cause the liquid to spread. The study of the first device makes it possible to observe two states of equilibrium : the pinching when the hysteresis is restricted, and the parallel film when it is extended. The study of the transient state shows the appearance of transient streams, whose triple lines remain fixed if the hysteresis is too large. The simulation codes used at ONERA manage to find these trickles and the pinch equilibrium state, but the hysteresis is not taken into account, and they cannot find the behavior in parallel film. Studies on the rotating disc allow some of the results from the literature to be extended, but an influence of the surface finish on the triggering of the transition is observed experimentally. Experimental data are lacking to be interpreted in more detail. A first model is developed to model the behavior of the streams, but better modeling of the flow in the head seems here also necessary.

Oxidized silicon wafers are high energy surfaces : most liquids spontaneously spread on the entire surface. When a dropletis deposited, a nanometric film called a precursor film first spreads ahead of the droplet. The liquids that we considerin this study are polymer melts (polybutadiene, polyisoprene, polystyrene) in pseudo-partial wetting condition on these surfaces : a sessile droplet coexists with a film. By taking advantage of ellipsometric microscopy, we study the morphologyand dynamics of such films, and quantitatively probe the interactions at stake between the polymer segments and thesurface. Two different parts can be distinguished in the precursor films : the primary film of subnanometric thickness, and the secondary film, which is dense. In the primary film, polymer chains are in a 2D semi-dilute state : they do not cover theentire substrate and do not interact with each other. From the spatio-temporal thickness profiles, we measure the diffusion coefficient of the chains on the surface. We show that they diffuse with a thermally activated Rouse motion, that can be described by the sole friction of the chains on the surface, with an activation energy that reveals the interactions at stake.We measure that the polymer/surface interactions largely dominate the polymer/polymer interactions. We generalize thismodel for polymers with specific terminal groups, and to the case of chains with monomer conformational mobility that depends on the monomer position along the chain. The secondary film connects the primary film to the droplet, and is comprised of chains in a dense state. At long times, its thickness profile is a step of uniform thickness, which is proportionalto the square root of the chain length. Remarkably, this equilibrium thickness does not depend on the polymer chemistrynor on the surface state – temperature, water adsorbed, oxide layer thickness, etc. The evolution toward this equilibriumstate can be modeled by taking into account both the polymer/surface friction and the polymer/polymer friction. In the literature, only few studies deal with precursor films when the liquid is in pseudo-partial wetting condition. In addition tothe robust measurement of the interactions at stake at the scale of the polymer chains, our work highlights the necessityto re-think the theoretical existing framework for precursor films, and opens many perspectives.; Les wafers de silicium oxydés sont des surfaces dites de haute énergie : la plupart des liquides recouvrent spontanément la totalité de leur surface. Ainsi, lorsqu’une goutte y est déposée, un film d’épaisseur nanométrique appelé film précurseur s’étale en premier lieu autour de celle-ci. Les liquides que nous considérons sont des fondus de polymères(polybutadiène, polyisoprène, polystyrène) en mouillage pseudo-partiel sur ces surfaces : une goutte de liquide immobile, d’angle de contact non nul, coexiste avec un film. Grâce à la microscopie ellipsométrique, la morphologie et la dynamique de ces films ont pu être étudiées, et cela a permis de sonder de manière quantitative les interactions entre les segments de polymère et la surface. Nous montrons que les films précurseurs sont composés de deux parties : le film primaire, d’épaisseur submoléculaire, et le film secondaire, dense. Dans le film primaire, les chaînes de polymères ont dans un état bidimensionnel semi-dilué : elles ne couvrent pas toute la surface et interagissent entre elles. A partir des profils spatio-temporels des films, le coefficient de diffusion des chaînes sur le substrat peut être mesuré. Celles-ci diffusent selon un mécanisme de Rouse activé thermiquement, qui peut être décrit par le seul frottement des segments de polymère sur la surface, via une énergie d’activation qui caractérise les interactions polymère/substrat. Nous mesurons que celles-ci dominent largement les interactions entre chaines. Ce modèle a été généralisé au cas dechaînes possédant un groupement terminal spécifique. Il a également été étendu au cas où la mobilité conformationnelle des monomères le long de la chaine dépend de leur position au sein de la chaine et module le frottement fixé par les interactions avec le substrat. Le film secondaire raccorde quant à lui le film primaire à la goutte. Les chaînes y sont dans un état dense. Aux temps longs, le film secondaire est en forme de marche d’épaisseur uniforme proportionnelle à la racine de la longueur des chaînes. De façon remarquable, cette épaisseur d’équilibre est indépendante de la chimie du polymère et de l’état de la surface – température, présence d’eau adsorbée, épaisseur de la couche d’oxyde, etc. L’évolution vers cet état d’équilibre peut être modélisée en tenant compte à la fois du frottement des segments de polymère avec la surface et du frottement des segments entre eux. Dans la littérature, les films précurseurs n’ont que peu été étudiés lorsque le liquide est en mouillage pseudo-partiel. Outre la mesure robuste des interactions en jeu à l’échelle des chaînes de polymère, nos travaux mettent en évidence la nécessité de repenser le cadre théorique existant pour l’étude des films précurseurs, et ouvrent de nombreuses perspectives.

The wetting of oil on a solid substrate in water is of interest to many applications and particularly if surfactants are added to the system. In the literature, the role of surfactants on the static wetting behaviour of liquids onto a solid substrate has been intensively studied, but their influence on dynamics phenomena is much less understood. In this framework, we focus on the case of an oil droplet immersed in a solution of surfactants in water and driven towards a silica surface. Thanks to optical interferometry, we follow the evolution of the squeezed film, first draining and then reaching two possible final states. One is a metastable equilibrium displaying a thin water film of less than one hundred nanometers, stabilized by the presence of micelles, through steric and electrostatic repulsions. This film can be destabilized through nucleation, leading to a more stable state: the wetting of oil on silica. In this situation, we show that the triple contact line dynamics is controlled by a friction term. We measure its variation with the concentration of surfactants and we evidence an increase of three orders of magnitude at high concentrations. We relate this increase to the adsorption of surfactants on the silica surface and more precisely to the fact that part of these surfactants stay trapped under the oil while it advances., Le mouillage de l’huile sur une surface solide présente un intérêt particulier pour de nombreuses applications, notamment en présence de tensioactifs. Dans la littérature, l’influence des tensioactifs sur le mouillage à l’équilibre dans un système eau/huile/silice a été beaucoup étudié, mais leur rôle dans les phénomènes dynamiques est moins compris. Dans ce contexte, le travail de thèse présenté a pour but d’étudier les interactions entre une goutte d’huile et une surface de silice, dans l’eau et en présence de tensioactifs. La goutte d’huile est approchée de manière contrôlée de la surface et nous observons, grâce à un montage d’interférométrie optique, l’évolution du film coincé entre la goutte et la silice, qui draine et peut atteindre deux états finaux possibles. L’un des deux est un équilibre métastable consistant en la persistance d’un film homogène de l’ordre de la centaine de nanomètres. Nous montrons que ce film est stabilisé, au-delà de la CMC, par la présence de micelles de tensioactifs en solution, selon un phénomène de stratification. La stabilité de ce film est cinétique : il peut être déstabilisé par nucléation, ce qui conduit au mouillage de l’huile sur la silice. Dans ce cas, la dynamique de la ligne de contact eau/huile est gouvernée par un phénomène de frottement. Nous mesurons le coefficient de frottement associé et nous montrons qu’il augmente de plusieurs ordres de grandeur avec la concentration en tensioactifs. Cette augmentation est liée à l’adsorption des tensioactifs sur la surface solide, et traduit notamment le fait qu’une partie de ces tensioactifs reste piégée sous l’huile lors de son avancée, augmentant ainsi l’hétérogénéité du solide.

This thesis is an experimental work on gravity induced flows through an orifice.The first part of this manuscript deals with flows of Newtonian fluids. A recent study showed that for flows of low-viscosity fluids through an orifice the size of which is close to the capillary length, the effect of wetting is significant. Wetting conditions impact both flow rate and jet shape. During this thesis, an original method has been developed using a photosensitive resin as surface coating to vary the wetting conditions of the outer surface of the tank bottom plate continuously. Thanks to this method, it was shown that most likely the parameter monitoring the output flow rate is the static contact angle that the outgoing fluid forms on the material of this surface. It was established the conditions for the existence of a jet deformation and showed that this disturbance originates from the coupling between wetting and generation of turbulence within the orifice related to the phenomenon of vena contracta.The second part of this manuscript deals with flows of viscoelastic fluids. Drainage experiments carried out with these solutions reveal that they exhibit oscillating flow rate showing a very rich dynamic. Contrary to Newtonian fluids, in this case flows are controlled by the behaviour of the complex fluid inside the tank, and not at the outlet orifice. Two methods of visualization, flow- induced birefringence and PIV, were developed to explore the flow dynamics of wormlike micelle solutions inside the tank. These experiments show shear localisation within the wormlike micelle solutions. It is also observed that this shear zone moves inside the tank throughout the drainage process. The velocity field within the tank was measured as well, it demonstrates the complexity of the dynamics of these solutions, showing recirculation around the shear zone.; Cette thèse est une étude expérimentale des écoulements forcés de fluides sous leur propre poids à travers un orifice. La première partie traite des écoulements de fluides newtoniens. Une étude récente a montré que pour un écoulement de fluide peu visqueux à travers un orifice de taille comparable à la longueur capillaire, l'effet du mouillage était important. Il impacte le débit et la forme du jet. Nous avons développé une méthode originale utilisant d'une résine photosensible comme revêtement de surface afin de varier de façon continue les conditions de mouillage de la surface extérieure de la plaque de fond du réservoir. Ainsi, nous avons montré que le paramètre contrôlant du débit est très probablement l'angle de contact statique formé par le fluide sur le matériau constituant cette surface. Nous avons établi les conditions d'existence de la déformation du jet et montré que cette perturbation est induite par un couplage entre le mouillage et la génération de turbulence à l'intérieur de l'orifice, liée au phénomène de vena contracta. La seconde partie de cette thèse porte sur les écoulements de fluides viscoélastiques. Les expériences menées révèlent que ces solutions présentent un débit oscillant dévoilant ainsi une dynamique très riche. Contrairement aux fluides newtoniens, l'écoulement est piloté par le comportement du fluide complexe à l'intérieur de la cuve, et non au niveau de l'orifice. Deux méthodes de visualisation : par biréfringence sous écoulement et par PIV, ont été mises au point pour explorer la dynamique des écoulements de solutions de micelles géantes à l'intérieur de la cuve. Ces expériences ont permis de montrer que le cisaillement du fluide dans la cuve était très localisé et que la zone de cisaillement se déplace tout au long de la vidange. Nous avons également pu mesurer le champ de vitesse au sein de la cuve. Ces mesures ont pu démontrer la complexité de la dynamique du fluide, qui présente notamment des recirculations autour de la zone de cisaillement.

This thesis is an experimental work on gravity induced flows through an orifice.The first part of this manuscript deals with flows of Newtonian fluids. A recent study showed that for flows of low-viscosity fluids through an orifice the size of which is close to the capillary length, the effect of wetting is significant. Wetting conditions impact both flow rate and jet shape. During this thesis, an original method has been developed using a photosensitive resin as surface coating to vary the wetting conditions of the outer surface of the tank bottom plate continuously. Thanks to this method, it was shown that most likely the parameter monitoring the output flow rate is the static contact angle that the outgoing fluid forms on the material of this surface. It was established the conditions for the existence of a jet deformation and showed that this disturbance originates from the coupling between wetting and generation of turbulence within the orifice related to the phenomenon of vena contracta.The second part of this manuscript deals with flows of viscoelastic fluids. Drainage experiments carried out with these solutions reveal that they exhibit oscillating flow rate showing a very rich dynamic. Contrary to Newtonian fluids, in this case flows are controlled by the behaviour of the complex fluid inside the tank, and not at the outlet orifice. Two methods of visualization, flow- induced birefringence and PIV, were developed to explore the flow dynamics of wormlike micelle solutions inside the tank. These experiments show shear localisation within the wormlike micelle solutions. It is also observed that this shear zone moves inside the tank throughout the drainage process. The velocity field within the tank was measured as well, it demonstrates the complexity of the dynamics of these solutions, showing recirculation around the shear zone.; Cette thèse est une étude expérimentale des écoulements forcés de fluides sous leur propre poids à travers un orifice. La première partie traite des écoulements de fluides newtoniens. Une étude récente a montré que pour un écoulement de fluide peu visqueux à travers un orifice de taille comparable à la longueur capillaire, l'effet du mouillage était important. Il impacte le débit et la forme du jet. Nous avons développé une méthode originale utilisant d'une résine photosensible comme revêtement de surface afin de varier de façon continue les conditions de mouillage de la surface extérieure de la plaque de fond du réservoir. Ainsi, nous avons montré que le paramètre contrôlant du débit est très probablement l'angle de contact statique formé par le fluide sur le matériau constituant cette surface. Nous avons établi les conditions d'existence de la déformation du jet et montré que cette perturbation est induite par un couplage entre le mouillage et la génération de turbulence à l'intérieur de l'orifice, liée au phénomène de vena contracta. La seconde partie de cette thèse porte sur les écoulements de fluides viscoélastiques. Les expériences menées révèlent que ces solutions présentent un débit oscillant dévoilant ainsi une dynamique très riche. Contrairement aux fluides newtoniens, l'écoulement est piloté par le comportement du fluide complexe à l'intérieur de la cuve, et non au niveau de l'orifice. Deux méthodes de visualisation : par biréfringence sous écoulement et par PIV, ont été mises au point pour explorer la dynamique des écoulements de solutions de micelles géantes à l'intérieur de la cuve. Ces expériences ont permis de montrer que le cisaillement du fluide dans la cuve était très localisé et que la zone de cisaillement se déplace tout au long de la vidange. Nous avons également pu mesurer le champ de vitesse au sein de la cuve. Ces mesures ont pu démontrer la complexité de la dynamique du fluide, qui présente notamment des recirculations autour de la zone de cisaillement.

Oxidized silicon wafers are high energy surfaces : most liquids spontaneously spread on the entire surface. When a dropletis deposited, a nanometric film called a precursor film first spreads ahead of the droplet. The liquids that we considerin this study are polymer melts (polybutadiene, polyisoprene, polystyrene) in pseudo-partial wetting condition on these surfaces : a sessile droplet coexists with a film. By taking advantage of ellipsometric microscopy, we study the morphologyand dynamics of such films, and quantitatively probe the interactions at stake between the polymer segments and thesurface. Two different parts can be distinguished in the precursor films : the primary film of subnanometric thickness, and the secondary film, which is dense. In the primary film, polymer chains are in a 2D semi-dilute state : they do not cover theentire substrate and do not interact with each other. From the spatio-temporal thickness profiles, we measure the diffusion coefficient of the chains on the surface. We show that they diffuse with a thermally activated Rouse motion, that can be described by the sole friction of the chains on the surface, with an activation energy that reveals the interactions at stake.We measure that the polymer/surface interactions largely dominate the polymer/polymer interactions. We generalize thismodel for polymers with specific terminal groups, and to the case of chains with monomer conformational mobility that depends on the monomer position along the chain. The secondary film connects the primary film to the droplet, and is comprised of chains in a dense state. At long times, its thickness profile is a step of uniform thickness, which is proportionalto the square root of the chain length. Remarkably, this equilibrium thickness does not depend on the polymer chemistrynor on the surface state – temperature, water adsorbed, oxide layer thickness, etc. The evolution toward this equilibriumstate can be modeled by taking into account both the polymer/surface friction and the polymer/polymer friction. In the literature, only few studies deal with precursor films when the liquid is in pseudo-partial wetting condition. In addition tothe robust measurement of the interactions at stake at the scale of the polymer chains, our work highlights the necessityto re-think the theoretical existing framework for precursor films, and opens many perspectives., Les wafers de silicium oxydés sont des surfaces dites de haute énergie : la plupart des liquides recouvrent spontanément la totalité de leur surface. Ainsi, lorsqu’une goutte y est déposée, un film d’épaisseur nanométrique appelé film précurseur s’étale en premier lieu autour de celle-ci. Les liquides que nous considérons sont des fondus de polymères(polybutadiène, polyisoprène, polystyrène) en mouillage pseudo-partiel sur ces surfaces : une goutte de liquide immobile, d’angle de contact non nul, coexiste avec un film. Grâce à la microscopie ellipsométrique, la morphologie et la dynamique de ces films ont pu être étudiées, et cela a permis de sonder de manière quantitative les interactions entre les segments de polymère et la surface. Nous montrons que les films précurseurs sont composés de deux parties : le film primaire, d’épaisseur submoléculaire, et le film secondaire, dense. Dans le film primaire, les chaînes de polymères ont dans un état bidimensionnel semi-dilué : elles ne couvrent pas toute la surface et interagissent entre elles. A partir des profils spatio-temporels des films, le coefficient de diffusion des chaînes sur le substrat peut être mesuré. Celles-ci diffusent selon un mécanisme de Rouse activé thermiquement, qui peut être décrit par le seul frottement des segments de polymère sur la surface, via une énergie d’activation qui caractérise les interactions polymère/substrat. Nous mesurons que celles-ci dominent largement les interactions entre chaines. Ce modèle a été généralisé au cas dechaînes possédant un groupement terminal spécifique. Il a également été étendu au cas où la mobilité conformationnelle des monomères le long de la chaine dépend de leur position au sein de la chaine et module le frottement fixé par les interactions avec le substrat. Le film secondaire raccorde quant à lui le film primaire à la goutte. Les chaînes y sont dans un état dense. Aux temps longs, le film secondaire est en forme de marche d’épaisseur uniforme proportionnelle à la racine de la longueur des chaînes. De façon remarquable, cette épaisseur d’équilibre est indépendante de la chimie du polymère et de l’état de la surface – température, présence d’eau adsorbée, épaisseur de la couche d’oxyde, etc. L’évolution vers cet état d’équilibre peut être modélisée en tenant compte à la fois du frottement des segments de polymère avec la surface et du frottement des segments entre eux. Dans la littérature, les films précurseurs n’ont que peu été étudiés lorsque le liquide est en mouillage pseudo-partiel. Outre la mesure robuste des interactions en jeu à l’échelle des chaînes de polymère, nos travaux mettent en évidence la nécessité de repenser le cadre théorique existant pour l’étude des films précurseurs, et ouvrent de nombreuses perspectives.

The formation of frost on aeronautical profiles presents a significant danger to the safety of aircraft. Anti-icing strategies can lead to the formation of liquid streams following continuous films of water, but these streams are not taken into account in the simulation of the phenomena and can refreeze on the profiles, making their understanding necessary. . Through studying the literature, two devices are studied. The first device is that of the inclined plate, on which the liquid flows under the effect of gravity. The second device is that of the rotating disc, where a volume of liquid is placed in the center of a disc : the inertial forces induced by the rotation cause the liquid to spread. The study of the first device makes it possible to observe two states of equilibrium : the pinching when the hysteresis is restricted, and the parallel film when it is extended. The study of the transient state shows the appearance of transient streams, whose triple lines remain fixed if the hysteresis is too large. The simulation codes used at ONERA manage to find these trickles and the pinch equilibrium state, but the hysteresis is not taken into account, and they cannot find the behavior in parallel film. Studies on the rotating disc allow some of the results from the literature to be extended, but an influence of the surface finish on the triggering of the transition is observed experimentally. Experimental data are lacking to be interpreted in more detail. A first model is developed to model the behavior of the streams, but better modeling of the flow in the head seems here also necessary., La formation de givre sur les profils aéronautiques présente un danger important pour la sécurité des appareils. Les stratégies d’anti-givrage peuvent amener à la formation de ruisselets liquides à la suite de films d’eau continus, mais ces ruisselets ne sont pas pris en compte dans la simulation des phénomènes et peuvent regeler sur les profils, rendant leur compréhension nécessaire. A travers l’étude de la littérature, deux dispositifs sont étudiés. Le premier dispositif est celui de la plaque inclinée, sur laquelle le liquide s’écoule sous l’effet de la gravité. Le second dispositif est celui du disque tournant, où un volume de liquide est posé au centre d’un disque : les forces d’inertie induites par la rotation provoquent l’étalement du liquide. L’étude du premier dispositif permet d’observer deux états d’équilibre : le pincement lorsque l’hystérésis est restreinte, et le film parallèle lorsqu’elle est étendue. L’étude de l’état transitoire montre l’apparition de ruisselets transitoires, dont les lignes triples restent fixées si l’hystérésis est trop grande. Les codes de simulations utilisés à l’ONERA arrivent à retrouver ces ruisselets et l’état d’équilibre de pincement, mais l’hystérésis n’est pas prise en compte, et ils n’arrivent pas à retrouver le comportement en film parallèle. Les études sur le disque tournant permettent d’étendre une partie des résultats de la littérature mais une influence de l’état de surface sur le déclenchement de la transition est observée expérimentalement. Il manque des données expérimentales pour être interprété plus en détail. Un premier modèle est développé pour modéliser le comportement des ruisselets, mais une meilleure modélisation de l’écoulement dans la tête semble ici aussi nécessaire.

In aerospace study, mechanical assemblies are usually made by riveting, srew and nuts. Those assemblies are then heavy, long of installation, unsightly, with heterogen mechanical stress. Nowadays with the development of improved materials properties with composites those processes are not optimized. So glued joints are a good candidate.In order to optimize glued assemblies, surfaces can be functionalized. Surface functionalization allows specific surfaces properties. Surface functionalization can be obtained thanks to surface texturing, one of the surface functionalization methods. Surface texturing can change chemical properties and/or morphology of the material surface. Textured surfaces are interesting for academic and industrial researches. Thus, many innovative surfaces have been created, such as high-adhesion surfaces inspired by geckos' feet.The work presented in this manuscript aims to texture aluminum surfaces by micro-knurling process to increase the mechanical strength of bonded assemblies. The approach developped consisted to determine texturing patterns favorable for better surface adhesion by glue and therefore to a hydrophilic surface thanks to wetting and topographical measurements. Then, the approach was to compare and characterize femtosecond laser and micro-knurling textured surface adhesion, with physico-chemical measurements. Finally, the adhesion of several textured surfaces was analyzed and compared with three points bending measures.; Dans le domaine de l'aéronautique les ensembles mécaniques sont usuellement assemblés avec des rivets, des vis et des écrous. Ces mécanismes imposent des ajouts de masse importants sur les ensembles mécaniques et des contraintes mécaniques locales. A grande échelle, ces défauts peuvent consommer beaucoup d'énergie pour être compensés. En plus de l'arrivée croissante de matériaux composites pouvant plus facilement être fragilisés, ces inconvénients ont amené à se pencher vers d'autres moyens d'assemblages dont notamment le collage.Afin d'optimiser les assemblages collés, les surfaces peuvent être fonctionnalisées. Fonctionnaliser une surface permet de lui apporter des propriétés spécifiques. La texturation de surface fait partie des méthodes de fonctionnalisation des surfaces. Texturer une surface permet de changer ses propriétés chimiques et/ou de changer sa morphologie. Ainsi, de nombreuses surfaces innovantes ont été créées comme par exemple des surfaces à forte adhésion inspirées des pattes de geckos. S'inspirer de surfaces à forte adhésion est intéressant dans le cadre des assemblages collées.Les travaux présentés dans ce manuscrit ont pour objet la texturation de surfaces en aluminium par procédé mécanique de micro-moletage pour augmenter la tenue d'assemblages collés. La démarche utilisée a été dans un premier temps de déterminer des paramètres de forme de motifs de texturation favorables à une meilleure adhésion de la colle et donc à une surface à caractère hydrophile à l'aide de mesures de topographie de surface et de mouillage. Dans un second temps, l'adhésion de deux types de texturations a été caractérisée. Ainsi, les procédés de texturation par laser femtoseconde et par micro-moletage ont été comparés en analysant la physico-chimie de surfaces texturées grâce à des mesures de mouillage et d'XPS. Enfin, l'adhérence des surfaces texturées par plusieurs procédés de texturation a été déterminée avec des mesures de flexion trois points.

Nowadays, improving the strength and deformation properties of soft soils by deep soil mixing is a commonly used technique. There is also an increasing interest in the use of this technique for foundation/structural elements and excavation retaining walls applications. The compressive strength and elastic modulus of the soil mix material are key parameters in the design of these structures. However, there is very limited information available on the impact of exposure to air drying (in the case of retaining wall) on the strength and stiffness of cement stabilized soils. The aim of this study is to investigate the effects of different curing conditions (immersion in water, cycles of wetting and drying, continuous air drying) on the mechanical properties of soils treated with cement in the laboratory. Free–free resonance tests and unconfined compression tests were performed on specimens of silt and sand treated with blastfurnace slag cement. Strength increases more rapidly than stiffness between 7 and 30 days. The strength of stabilized soils submitted to cyclic wetting and drying before the cement hydration process is complete continues to increase. As long as the periods of drying do not induce microcracks, the stiffness of the treated soil specimens also increases with time. However, the stiffness is lower than for the specimens cured in water indicating a disruptive effect of the imposed wetting–drying cycles on stiffness. Continuous exposure to air drying inhibits strength development due to insufficient water for hydration. Significant stiffness decreases were observed on specimens of stabilized silt and are attributed to microcracking.

https://2019.legfr.fr/; La super-hydrophobicité d’un matériau est généralement obtenue par la combinaison d’un caractère hydrophobe intrinsèque à la nature même du matériau et d’une rugosité à plusieurs échelles. A cet égard, les structures textiles présentent un grand intérêt du fait qu’elles sont, par construction, multi- échelles: fibre, fil, étoffe. De plus, contrairement aux matériaux super- hydrophophes modèles, les différents éléments constitutifs de la structure sont plus ou moins mobiles les uns par rapport aux autres. Cette propriété a des conséquences sur les transitions de mouillage que l’on peut observer lorsq.u’une goutte d’eau déposée sur une telle surface est soumise à une contrainte mécanique. Dans le cas de matériaux modèles pour lesquels la rugosité est constituée de plots rigides régulièrement espacés, la transition de mouillage est brutale c’est-à-dire qu’il existe une pression critique au-delà de laquelle une goutte de liquide, initialement dans un état « fakir » se trouve passer à un état « empalé ». Dans le cas de matériaux textiles, cette transition se fait progressivement. Ce travail a pour but d’étudier les transitions de mouillage sur des matériaux textiles de type velours. Dans ce cas, ce qui tient lieu de plots est en fait constitué de fibres, déformables par conséquent, et avec un arrangement géométrique plus ou moins régulier. Les propriétés rhéologiques du textile en compression entrent bien évidemment en jeu dans le processus. Les résultats sont comparés avec ceux obtenus précédemment sur des tissus.

International audience; The port archeology of modern and contemporary contexts questions the circulation of people and goods and the means of these multiscale connections. Concentrated on the ports of the large agglomerations of preventive archeology, it now extends to anchorages and small ports on the coast and the hinterland.; L’archéologie portuaire des contextes moderne et contemporain interroge la circulation des hommes et des marchandises et les moyens de ces connexions multiscalaires. Concentrée tout d’abord sur les ports des grandes agglomérations du fait de l’archéologie préventive, elle s’étend désormais aux mouillages et aux petits ports de la côte et de l’hinterland.

The spreading of cosmetic products, although it seems trivial at the consumer level, involves many complex physico-chemical phenomena that are important to understand and control. In this thesis, we study in detail the phenomena that occur during the spreading of complex fluids. Through our studies, we provide scientific levers that will ultimately improve the performance of cosmetic products. To do this, we study various scientific fields such as complex fluid rheology (i. e. gels and solid particle dispersion), wetting, fluid mechanics and spreading systems., L’étalement des produits cosmétiques, bien qu’il semble trivial à l’échelle du consommateur, met en action de nombreux phénomènes physico-chimiques complexes importants à comprendre et à maitriser. Dans cette thèse, nous étudions en détail les phénomènes qui interviennent lors de l’étalement de fluides complexes. A travers nos études, nous fournissons des leviers scientifiques qui permettront in fine d’améliorer les performances des produits cosmétiques. Pour ce faire, nous étudions divers domaines scientifiques comme la rhéologie des fluides complexes (c.-à-d. gels et dispersion de particules solides), le mouillage, la mécanique des fluides et les systèmes d’étalement.

The aim of this study was to set an experimental protocol in order to identify key parameters in wetting dynamics duringliquid composite manufacturing. To validate the procedure, model materials were studied : cellulose films as substrates,and paraffins and polyethylene glycols as liquids. The experimental procedure consisted of characterizing the substrates interms of morphology and surface chemistry, showing that, as a first approximation, it was possible to consider substrates asmodel surfaces without physico-chemical defects. The characterization of liquids as a function of temperature and molarmass was then performed, considering an additional issue : the molten state of polymers. Temperature conditions andmolar mass were then considered in wetting and dewetting dynamic. The results were well described by the hydrodynamicapproach for a range of capillary numbers. Using these models, physical parameters were estimated, explaining theinfluence of temperature and polymer chain lengths on wetting dynamics., Ce travail a pour objectif de calibrer un protocole de mesure permettant d'identifier les paramètres clés dans les phénomènes de dynamique de mouillage lors de la mise en oeuvre de composites. Pour valider la procédure, des matériaux modèles ont été étudiés : des films cellulosiques en tant que substrats, et des paraffines et polyéthylène glycols comme liquides. La procédure expérimentale a consisté à caractériser le substrat en termes de morphologie et de chimie de surface, en montrant qu'en première approximation on peut s'affranchir des hétérogénéités de surface. La caractérisation de liquides en fonction de la température et en fonction de la masse molaire a été ensuite analysée en prenant en compte l'état fondu des polymères. Les conditions de température et de masse molaire ont été ensuite considérées en dynamique de mouillage et demouillage. Les résultats ont bien été décrit par l'approche hydrodynamique pour un certain intervalle de valeur du nombre capillaire. Sur la base de ces modèles, des paramètres physiques ont été estimés, en précisant l'influence de la température et des longueurs de chaine de polymères sur la dynamique de mouillage.

International audience; The aim of this study was to set an experimental protocol in order to identify key parameters in wetting dynamics during liquid composite manufacturing. To validate the procedure, model materials were studied : cellulose films as substrates,and paraffins and polyethylene glycols as liquids. The experimental procedure consisted of characterizing the substrates interms of morphology and surface chemistry, showing that, as a first approximation, it was possible to consider substrates as model surfaces without physico-chemical defects. The characterization of liquids as a function of temperature and molar mass was then performed, considering an additional issue : the molten state of polymers. Temperature conditions and molar mass were then considered in wetting and dewetting dynamic. The results were well described by the hydrodynamic approach for a range of capillary numbers. Using these models, physical parameters were estimated, explaining the influence of temperature and polymer chain lengths on wetting dynamics.; Ce travail a pour objectif de calibrer un protocole de mesure permettant d’identifier les paramètres clés dans les phénomènes de dynamique de mouillage lors de la mise en oeuvre de composites. Pour valider la procédure, des matériaux modèles ont été étudiés : des films cellulosiques en tant que substrats, et des paraffines et polyéthylène glycols comme liquides.La procédure expérimentale a consisté à caractériser le substrat en termes de morphologie et de chimie de surface, en montrant qu’en première approximation on peut s’affranchir des hétérogénéités de surface. La caractérisation de liquides en fonction de la température et en fonction de la masse molaire a été ensuite analysée en prenant en compte l’état fondu des polymères. Les conditions de température et de masse molaire ont été ensuite considérées en dynamique de mouillage et de mouillage. Les résultats ont bien été décrit par l’approche hydrodynamique pour un certain intervalle de valeur du nombre capillaire. Sur la base de ces modèles, des paramètres physiques ont été estimés, en précisant l’influence de la température et des longueurs de chaine de polymères sur la dynamique de mouillage.

We study the liquids spreading on cold substrate, with solidification. The intended application is the aeronautical sector, which faces icing problems when the aircraft is on the ground. The deicing is currently carried out by an ethylene glycol jet, which contributes to an additional cost for the companies and a significant pollution. Our objectives focus on fundamental issues of spreading a drop on a substrate at a temperature below the solidification temperature. On a given surface, is it possible to predict whether the drop solidifies or spreads as soon as it is impacted ? What are the forms taken by it, before, during and after solidification? What is the solidification mechanism and its influence on the spreading dynamics? What are the parameters that control the dynamics of the processes involved ? Several devices and models will be implemented to provide some answers to these questions. Our goals also include strategies to avoid freezing drops and allowing them to slide before freezing. Oscillation of a droplet or grafting of polymer to modify the surface condition will also be considered. This thesis attempts to bring some new elements of understanding by focusing on two very different types of flows. First, the advance of a line of contact in the presence of solidification. Second, the growth of a solid drop under continuous liquid feed.; Nous étudions l’étalement de liquides sur une surface froide, avec solidification. L’application visée est le secteur aéronautique qui est confronté à des problèmes de givrage lorsque l’avion est au sol. Le dégivrage s’effectue actuellement par un jet d’éthylène glycol, qui contribue à un surcoût pour les compagnies et une pollution non négligeable. Nos objectifs portent tout d’abord sur des questions fondamentales d’étalement d’une goutte sur un substrat à une température inférieure à la température de solidification. Sur une surface donnée, est-on capable de prédire si la goutte se solidifie ou s’étale dès son impact ? Quelles sont les formes prises par celle-ci, avant, pendant et après la solidification? Quel est le mécanisme de solidification et son influence sur la dynamique d’étalement ? Quel sont les paramètres qui contrôlent la dynamique des processus mis en jeu ? Plusieurs dispositifs et modélisations seront mis en œuvre en vue d’apporter des éléments de réponses à ces questions. Nos objectifs portent aussi sur des stratégies en vue d’éviter la congélation des gouttes et leur permettre de glisser avant leur congélation. La mise en oscillation d’une goutte ou le greffage de polymère en vue modifier l’état de surface seront également envisagés. Cette thèse tente d’apporter quelques éléments de compréhension nouveaux en se concentrant sur deux types d’écoulements très différent. Premièrement, l’avancée d’une ligne de contact en présence de solidification. Deuxièmement, la croissance d’une goutte solide sous alimentation continue en liquide.

We study the liquids spreading on cold substrate, with solidification. The intended application is the aeronautical sector, which faces icing problems when the aircraft is on the ground. The deicing is currently carried out by an ethylene glycol jet, which contributes to an additional cost for the companies and a significant pollution. Our objectives focus on fundamental issues of spreading a drop on a substrate at a temperature below the solidification temperature. On a given surface, is it possible to predict whether the drop solidifies or spreads as soon as it is impacted ? What are the forms taken by it, before, during and after solidification? What is the solidification mechanism and its influence on the spreading dynamics? What are the parameters that control the dynamics of the processes involved ? Several devices and models will be implemented to provide some answers to these questions. Our goals also include strategies to avoid freezing drops and allowing them to slide before freezing. Oscillation of a droplet or grafting of polymer to modify the surface condition will also be considered. This thesis attempts to bring some new elements of understanding by focusing on two very different types of flows. First, the advance of a line of contact in the presence of solidification. Second, the growth of a solid drop under continuous liquid feed.; Nous étudions l’étalement de liquides sur une surface froide, avec solidification. L’application visée est le secteur aéronautique qui est confronté à des problèmes de givrage lorsque l’avion est au sol. Le dégivrage s’effectue actuellement par un jet d’éthylène glycol, qui contribue à un surcoût pour les compagnies et une pollution non négligeable. Nos objectifs portent tout d’abord sur des questions fondamentales d’étalement d’une goutte sur un substrat à une température inférieure à la température de solidification. Sur une surface donnée, est-on capable de prédire si la goutte se solidifie ou s’étale dès son impact ? Quelles sont les formes prises par celle-ci, avant, pendant et après la solidification? Quel est le mécanisme de solidification et son influence sur la dynamique d’étalement ? Quel sont les paramètres qui contrôlent la dynamique des processus mis en jeu ? Plusieurs dispositifs et modélisations seront mis en œuvre en vue d’apporter des éléments de réponses à ces questions. Nos objectifs portent aussi sur des stratégies en vue d’éviter la congélation des gouttes et leur permettre de glisser avant leur congélation. La mise en oscillation d’une goutte ou le greffage de polymère en vue modifier l’état de surface seront également envisagés. Cette thèse tente d’apporter quelques éléments de compréhension nouveaux en se concentrant sur deux types d’écoulements très différent. Premièrement, l’avancée d’une ligne de contact en présence de solidification. Deuxièmement, la croissance d’une goutte solide sous alimentation continue en liquide.

The ice accretion on surfaces encountered in aeronautics (wings, nacelle lips, sensors, ...) is considered as a major risk for aviation safety. The consequences observed are the degradation of the aero-dynamic performances that can lead to the aircraft stall, disturbances in the engines that can lead to flame out or clogging of the sensors. That is why aircraft manufacturers are developing thermal protection systems against icing. The water accumulated on the surfaces thus remains in the liquid state and forms a thin film. The dynamic properties (thickness, velocity and spreading) and thermal properties (temperature, evaporation rate) of the film in the presence of a sheared air flow make it possible a potential refreezing of the water film on unprotected surfaces ("runback ice" phenomena). Since flight or wind tunnel tests are generally expensive and difficult to set up, numerical simulation has become an effective and complementary tool to design these systems. The main purpose of this thesis is to develop a model integrated in a numerical tool to predict the transport of liquid water on a surface which might take the form of a film, a rivulet or a droplet. An integral approach based on a shallow water type model is adopted. It makes it possible to describe the macroscopic dynamics of a three-dimensional liquid film on realistic configurations and within reasonable computing times compared to a full Navier-Stokes computation. An extended formulation is proposed, it corresponds to a second order differential system and thus allows to use arbitrary surface meshes. Contrary to models available in the literature, the one proposed in this manuscript has the advantage of taking into account capillary and wetting phenomena without validity limit in term of static contact angle. An energy conservation equation ensuring the thermodynamic consistency of the calculated solutions is derived from the extended model governing fluid dynamics. A Finite Volume dis-cretization of the system is proposed. Numerical simulations validate the model for both static and dynamic academical wetting configurations. The transition of a continuous film into rivulets is also simulated.; L'accrétion de givre sur les surfaces rencontrées en aéronautique (ailes, entrées d’air moteur, sonde, …) est considérée comme un risque majeur pour la sécurité aérienne. Les conséquences observées sont la dégradation des performances aérodynamiques pouvant conduire au décrochage, des perturbations dans les moteurs pouvant aller jusqu’à son extinction ou le colmatage des sondes. C'est pourquoi les avionneurs développent des systèmes de protection thermiques contre le givre. L’eau accumulée sur les surfaces reste ainsi à l’état liquide et forme un film mince. Les propriétés dynamiques (hauteur, vitesse et étalement) et thermiques (température, taux d’évaporation) du film en présence d’un écoulement d’air cisaillé permettent de prédire un éventuel regel du film d’eau en dehors des zones protégées (« runback ice »). Comme les essais en vols ou en soufflerie sont souvent complexes à mettre en oeuvre et onéreux, la simulation numérique est devenue un outil efficace et complémentaire pour dimensionner ces systèmes.L’objet principal de cette thèse est le développement de modèles intégrés dans un outil numérique permettant de prédire le transport d’eau liquide sur une surface sous forme de film ou de ruisselets ou de gouttes. Une approche intégrale de type Saint Venant est adoptée ce qui permet de décrire la dynamique macroscopique d’un film 3D pour des configurations et des temps de calcul raisonnables par rapport à un calcul DNS. Une formulation augmentée du second ordre en espace pour le traitement des termes de courbure est proposée, ce qui autorise l’utilisation de maillages surfaciques non structurés généraux. Contrairement aux modèles disponibles dans la littérature, celui proposé dans ce manuscrit présente l'avantage de tenir compte des phénomènes capillaires et de mouillage sans limite de validité en termes d'angle de contact statique. Une équation de conservation de l’énergie garantissant la consistance thermodynamique des solutions calculées est dérivée du système augmenté régissant la dynamique du fluide. Une discrétisation de type Volumes Finis du système d'équation est proposée. Des simulations numériques valident le modèle pour des configurations académiques de mouillage statiques et dynamiques. La transition d’un film continu en ruisselets est également simulée.

The ice accretion on surfaces encountered in aeronautics (wings, nacelle lips, sensors, ...) is considered as a major risk for aviation safety. The consequences observed are the degradation of the aero-dynamic performances that can lead to the aircraft stall, disturbances in the engines that can lead to flame out or clogging of the sensors. That is why aircraft manufacturers are developing thermal protection systems against icing. The water accumulated on the surfaces thus remains in the liquid state and forms a thin film. The dynamic properties (thickness, velocity and spreading) and thermal properties (temperature, evaporation rate) of the film in the presence of a sheared air flow make it possible a potential refreezing of the water film on unprotected surfaces ("runback ice" phenomena). Since flight or wind tunnel tests are generally expensive and difficult to set up, numerical simulation has become an effective and complementary tool to design these systems. The main purpose of this thesis is to develop a model integrated in a numerical tool to predict the transport of liquid water on a surface which might take the form of a film, a rivulet or a droplet. An integral approach based on a shallow water type model is adopted. It makes it possible to describe the macroscopic dynamics of a three-dimensional liquid film on realistic configurations and within reasonable computing times compared to a full Navier-Stokes computation. An extended formulation is proposed, it corresponds to a second order differential system and thus allows to use arbitrary surface meshes. Contrary to models available in the literature, the one proposed in this manuscript has the advantage of taking into account capillary and wetting phenomena without validity limit in term of static contact angle. An energy conservation equation ensuring the thermodynamic consistency of the calculated solutions is derived from the extended model governing fluid dynamics. A Finite Volume dis-cretization of the system is proposed. Numerical simulations validate the model for both static and dynamic academical wetting configurations. The transition of a continuous film into rivulets is also simulated., L'accrétion de givre sur les surfaces rencontrées en aéronautique (ailes, entrées d’air moteur, sonde, …) est considérée comme un risque majeur pour la sécurité aérienne. Les conséquences observées sont la dégradation des performances aérodynamiques pouvant conduire au décrochage, des perturbations dans les moteurs pouvant aller jusqu’à son extinction ou le colmatage des sondes. C'est pourquoi les avionneurs développent des systèmes de protection thermiques contre le givre. L’eau accumulée sur les surfaces reste ainsi à l’état liquide et forme un film mince. Les propriétés dynamiques (hauteur, vitesse et étalement) et thermiques (température, taux d’évaporation) du film en présence d’un écoulement d’air cisaillé permettent de prédire un éventuel regel du film d’eau en dehors des zones protégées (« runback ice »). Comme les essais en vols ou en soufflerie sont souvent complexes à mettre en oeuvre et onéreux, la simulation numérique est devenue un outil efficace et complémentaire pour dimensionner ces systèmes.L’objet principal de cette thèse est le développement de modèles intégrés dans un outil numérique permettant de prédire le transport d’eau liquide sur une surface sous forme de film ou de ruisselets ou de gouttes. Une approche intégrale de type Saint Venant est adoptée ce qui permet de décrire la dynamique macroscopique d’un film 3D pour des configurations et des temps de calcul raisonnables par rapport à un calcul DNS. Une formulation augmentée du second ordre en espace pour le traitement des termes de courbure est proposée, ce qui autorise l’utilisation de maillages surfaciques non structurés généraux. Contrairement aux modèles disponibles dans la littérature, celui proposé dans ce manuscrit présente l'avantage de tenir compte des phénomènes capillaires et de mouillage sans limite de validité en termes d'angle de contact statique. Une équation de conservation de l’énergie garantissant la consistance thermodynamique des solutions calculées est dérivée du système augmenté régissant la dynamique du fluide. Une discrétisation de type Volumes Finis du système d'équation est proposée. Des simulations numériques valident le modèle pour des configurations académiques de mouillage statiques et dynamiques. La transition d’un film continu en ruisselets est également simulée.

International audience; Cette communication cherche à interroger les relations qui existent entre eau et vin des années 1820 aux années 1910.On y abordera les questions de concurrences de consommation autour de la notion de "boisson hygiénique", les enjeux relatifs à la lutte contre l'alcoolisme ou contre les fraudes.

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., 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.

In aerospace study, mechanical assemblies are usually made by riveting, srew and nuts. Those assemblies are then heavy, long of installation, unsightly, with heterogen mechanical stress. Nowadays with the development of improved materials properties with composites those processes are not optimized. So glued joints are a good candidate.In order to optimize glued assemblies, surfaces can be functionalized. Surface functionalization allows specific surfaces properties. Surface functionalization can be obtained thanks to surface texturing, one of the surface functionalization methods. Surface texturing can change chemical properties and/or morphology of the material surface. Textured surfaces are interesting for academic and industrial researches. Thus, many innovative surfaces have been created, such as high-adhesion surfaces inspired by geckos' feet.The work presented in this manuscript aims to texture aluminum surfaces by micro-knurling process to increase the mechanical strength of bonded assemblies. The approach developped consisted to determine texturing patterns favorable for better surface adhesion by glue and therefore to a hydrophilic surface thanks to wetting and topographical measurements. Then, the approach was to compare and characterize femtosecond laser and micro-knurling textured surface adhesion, with physico-chemical measurements. Finally, the adhesion of several textured surfaces was analyzed and compared with three points bending measures., Dans le domaine de l'aéronautique les ensembles mécaniques sont usuellement assemblés avec des rivets, des vis et des écrous. Ces mécanismes imposent des ajouts de masse importants sur les ensembles mécaniques et des contraintes mécaniques locales. A grande échelle, ces défauts peuvent consommer beaucoup d'énergie pour être compensés. En plus de l'arrivée croissante de matériaux composites pouvant plus facilement être fragilisés, ces inconvénients ont amené à se pencher vers d'autres moyens d'assemblages dont notamment le collage.Afin d'optimiser les assemblages collés, les surfaces peuvent être fonctionnalisées. Fonctionnaliser une surface permet de lui apporter des propriétés spécifiques. La texturation de surface fait partie des méthodes de fonctionnalisation des surfaces. Texturer une surface permet de changer ses propriétés chimiques et/ou de changer sa morphologie. Ainsi, de nombreuses surfaces innovantes ont été créées comme par exemple des surfaces à forte adhésion inspirées des pattes de geckos. S'inspirer de surfaces à forte adhésion est intéressant dans le cadre des assemblages collées.Les travaux présentés dans ce manuscrit ont pour objet la texturation de surfaces en aluminium par procédé mécanique de micro-moletage pour augmenter la tenue d'assemblages collés. La démarche utilisée a été dans un premier temps de déterminer des paramètres de forme de motifs de texturation favorables à une meilleure adhésion de la colle et donc à une surface à caractère hydrophile à l'aide de mesures de topographie de surface et de mouillage. Dans un second temps, l'adhésion de deux types de texturations a été caractérisée. Ainsi, les procédés de texturation par laser femtoseconde et par micro-moletage ont été comparés en analysant la physico-chimie de surfaces texturées grâce à des mesures de mouillage et d'XPS. Enfin, l'adhérence des surfaces texturées par plusieurs procédés de texturation a été déterminée avec des mesures de flexion trois points.

Complex metallic alloys (CMAs) are intermetallic compounds possessing a large unit cell containing several tens to hundreds of atoms. Their structure can be described alternatively by the packing of highly symmetric atomic clusters. Clathrate (or cage) compounds are a new class of CMAs having a crystal structure described by a complex arrangement of covalently-bonded cages. The Ba8Au5.25Ge40.75 type-I clathrate is one such cage compound, whose bulk properties have been (and still are) extensively explored for thermoelectric applications. In fact, it is possible to tune the compound electronic structure by a fine control of its bulk composition. Regarding the properties of the Ba8Au5.25Ge40.75 surface, information remains scarce if not inexistent. However, it is known that the surfaces of CMAs often exhibit interesting surface properties. To this end, we have studied two low-index surfaces: BaAuGe(100) and BaAuGe(110) by a combination of experimental (XPS; LEED; STM) and computational (DFT) methods. Experimental results show no evidence for surface segregation and LEED patterns are consistent with (1x1) bulk terminations with no surface reconstruction. The interplay between the 3D nano-caged structure and 2D surfaces is investigated. We demonstrate that the surface structures of the two surfaces considered preserve the bulk structure cages in addition to an ordered arrangement of surface Ba atoms. The two surfaces are formed by a breakage of highly directional covalent bonds present within the framework, hence leading to destabilizing dangling bonds. Ab initio calculations show that the surface structure is stabilized through electron charge transfer from protruding Ba to surface Ge and Au atoms, saturating the dangling bonds. This charge-balance mechanism lifts the possible surface reconstruction envisaged. We reveal how the surface nanostructuration is surface orientation dependent. The results indicate that the surface electronic structure of BaAuGe(110) is impacted by the Au surface concentration. The surface models for BaAuGe(100) and BaAuGe(110) present a metallic character and low work function values, useful for further applications. Such structurally complex surfaces may also be used as templates for novel nanoscale architectures. Further in this work, we also applied the state-of-the-art surface science techniques to investigate the wetting properties of Al-based CMAs. In these experiments, chemically inert Pb element was used as a metal probe. Systematic analysis is done to find the correlation between the wetting properties and the electronic structure properties of these CMAs. Interfacial energy calculations have been performed to model the Pb/CMA interface based on few approaches reported in literature. We have tested these approaches on a moiré patterned Pb(111)/Al(111) interface. This interface is found to be controlled by geometric factors. Hence, an acquired understanding was applied to Pb deposited on Al13Co4(100) (Al-rich side) interface; Les alliages métalliques complexes (CMAs) sont des composés intermétalliques dont la structure cristallographique diffère de celle des alliages conventionnels par le nombre conséquent d'atomes dans la maille (jusqu'à plusieurs milliers d'atomes), généralement arrangés sous forme d'agrégats atomiques de haute symétrie. Ils sont prometteurs pour un certain nombre d'applications technologiques, en particulier les revêtements fonctionnels, en raison de leurs propriétés de surface uniques. Cette thèse a pour objectif, à la fois la détermination de la structure et des propriétés électroniques d’une surface d’un CMA de la famille des clathrates intermétalliques, et des propriétés de mouillage intrinsèques de plusieurs CMAs à base d’aluminium. Dans une première partie, nous nous sommes intéressés aux surfaces de bas indice (100) et (110) du clathrate Ba8Au5.25Ge40.75. Leurs structures atomiques et électroniques ont été déterminées en combinant des expériences de sciences des surfaces et des calculs basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité. La structure tridimensionnelle de Ba8Au5.25Ge40.75, formée d'un réseau de deux types de cages (structure hôte) à base de germanium et d’or, qui emprisonnent les atomes de Ba, induit une nanostructuration de la surface contrôlée par son orientation, puisque le type de cages préservées à la surface diffère pour les surfaces (100) et (110). Dans les deux cas, les atomes de Ba qui protrudent à la surface, ont un rôle primordial pour la stabilité de surface : ils assurent un transfert de charge qui sature les liaisons pendantes des atomes de germanium en surface. Dans une seconde partie, les propriétés intrinsèques de mouillage de plusieurs CMAs à base d’aluminium, ont été déterminées par une approche couplant des mesures de microscopie et des calculs ab initio. Expérimentalement, les angles de contact de gouttes de plomb (métal sonde) sur plusieurs surfaces de CMAs ont été systématiquement mesurés. Les angles précédents étant fonction, entre autres, de l’énergie interfaciale, des calculs d'énergie interfaciale ont été menés, d’une part avec un substrat d’un métal simple, Al(111), et d’autre part sur un substrat de CMA, Al13Co4(100). Les résultats obtenus mettent en évidence une forte influence de la structure de l’interface sur l’énergie interfaciale

Electromechanical microsystems (MEMS) are one of the main revolutions of microelectronics in recent years. It has permitted the emergence of new objects connected to their environment such as smartphones. To answer the problem of miniaturization, these sensors need to be assembled with their control transistors by three-dimensional packaging. Existing studies show that Al-Ge eutectic bonding meets these criteria. In this process, the constituents of the alloy are deposited on at least one of the two wafers. The melting and then the solidification of the solder will result in a eutectic structure which mechanically closes the interface to form an assembly. However, there are still some issues to be addressed, in particular the leakage of the liquid alloy outside of the bonding area and the presence of voids at the sealing interface.The first goal of this thesis is to study the physical phenomena (wetting, solidification, diffusion) that determine the final quality of the assemblies. Secondly, these results are used to develop hermetic sealing processes, with a high mechanical strength for the packaging of MEMS. The study focuses on the influence of parameters such as temperature, thickness and oxidation of the surfaces, but also on the mechanisms of interfacial reactivity between the liquid alloy and substrates., Les microsystèmes électromécaniques (MEMS) sont une des révolutions issues de la microélectronique de ces dernières années qui ont permis l’apparition de nouveaux objets connectés à leur environnement tels que les smartphones. Pour répondre entre autres à la problématique de miniaturisation, ces capteurs doivent être assemblés avec les transistors qui les pilotent via des procédés d’intégration en trois dimensions. Les études de la littérature montrent que la brasure à base d’alliage eutectique Al-Ge permet de répondre de ce besoin. Dans le procédé de scellement eutectique Al-Ge, les constituants de l’alliage sont déposés sur au moins une des deux surfaces à coller. La fusion puis la solidification de la brasure va donner lieu à une structure eutectique et fermer mécaniquement l’interface pour former un assemblage. Cependant, des points cruciaux restent encore à approfondir, notamment la fuite de l’alliage liquide en dehors de la zone à coller ainsi que l’apparition de trous à l’interface de scellement.Le but de cette thèse est donc d’étudier dans un premier temps les phénomènes physiques (mouillage, solidification, diffusion) qui déterminent la qualité finale des assemblages. Dans un second temps, ces résultats sont mis à profit pour développer des procédés de scellement hermétiques et avec une bonne tenue mécanique pour l’encapsulation des MEMS. L'étude porte sur l'influence des paramètres tels que la température, l’épaisseur et l’état surfacique des couches, mais également sur les mécanismes de réactivité aux interfaces entre l'alliage liquide et les substrats.

Electromechanical microsystems (MEMS) are one of the main revolutions of microelectronics in recent years. It has permitted the emergence of new objects connected to their environment such as smartphones. To answer the problem of miniaturization, these sensors need to be assembled with their control transistors by three-dimensional packaging. Existing studies show that Al-Ge eutectic bonding meets these criteria. In this process, the constituents of the alloy are deposited on at least one of the two wafers. The melting and then the solidification of the solder will result in a eutectic structure which mechanically closes the interface to form an assembly. However, there are still some issues to be addressed, in particular the leakage of the liquid alloy outside of the bonding area and the presence of voids at the sealing interface.The first goal of this thesis is to study the physical phenomena (wetting, solidification, diffusion) that determine the final quality of the assemblies. Secondly, these results are used to develop hermetic sealing processes, with a high mechanical strength for the packaging of MEMS. The study focuses on the influence of parameters such as temperature, thickness and oxidation of the surfaces, but also on the mechanisms of interfacial reactivity between the liquid alloy and substrates.; Les microsystèmes électromécaniques (MEMS) sont une des révolutions issues de la microélectronique de ces dernières années qui ont permis l’apparition de nouveaux objets connectés à leur environnement tels que les smartphones. Pour répondre entre autres à la problématique de miniaturisation, ces capteurs doivent être assemblés avec les transistors qui les pilotent via des procédés d’intégration en trois dimensions. Les études de la littérature montrent que la brasure à base d’alliage eutectique Al-Ge permet de répondre de ce besoin. Dans le procédé de scellement eutectique Al-Ge, les constituants de l’alliage sont déposés sur au moins une des deux surfaces à coller. La fusion puis la solidification de la brasure va donner lieu à une structure eutectique et fermer mécaniquement l’interface pour former un assemblage. Cependant, des points cruciaux restent encore à approfondir, notamment la fuite de l’alliage liquide en dehors de la zone à coller ainsi que l’apparition de trous à l’interface de scellement.Le but de cette thèse est donc d’étudier dans un premier temps les phénomènes physiques (mouillage, solidification, diffusion) qui déterminent la qualité finale des assemblages. Dans un second temps, ces résultats sont mis à profit pour développer des procédés de scellement hermétiques et avec une bonne tenue mécanique pour l’encapsulation des MEMS. L'étude porte sur l'influence des paramètres tels que la température, l’épaisseur et l’état surfacique des couches, mais également sur les mécanismes de réactivité aux interfaces entre l'alliage liquide et les substrats.

Despite the relevance to environmental, biological and industrial processes, the motion of a colloidal particle close to a fluid interface and the way it interacts with the water surface are still largely elusive and intriguing physical phenomena.In this thesis, we explore the motion dynamics and the interaction of individual colloidal particles close to an air-water interface in thermal equilibrium.In order to investigate them without perturbing or altering the experimental system, we designed and built a dual-wave reflection interference microscope working with an air-water interface geometry. Contrary to other established experimental techniques, our set-up allows accurate measurements of the absolute particle-interface distance and thus does not require any calibration or assumption to know the location of the interface. Highly resolved 3D particle trajectories close to the interface were obtained, from which information on particle diffusion close to the interface and particle-interface interactions are obtained.The system shows two different potential energy landscapes resulting in two different equilibrium particle-interface distances. The larger one can be fairly explained by Van der Waals and electrostatic interactions combined with gravity. The shorter one highlights the existence of an unexpected additional attractive interaction. The possible origins of such an interaction are discussed.Using a method of analysis of the particle mean square displacements in a generic potential we developed, we were able to access to particle drag coefficients as a function of the distance from the interface. Peculiarly, the air-water interface acts as a slip boundary for the particle motion parallel to the interface and as a no-slip boundary for the particle motion perpendicular to the interface. This experimental result can be partially rationalized considering recent models based on surface incompressibility. However, some discrepancies between experiments and theories remain. Experimental drag coefficients are larger than the hydrodynamic predictions and depend on the particle electrical charge, pointing therefore to a possible role of electrokinetic phenomena.Finally, the particle trapping at the air-water interface and its contact angle were observed while tuning the ionic strength of the aqueous solution and varying the surface state of the colloids.; Malgré un rôle important en physique, biologie et dans les processus industriels tels l’agroalimentaire et la dépollution de l’eau, la dynamique d'une particule colloïdale à proximité d'une interface fluide et ses interactions avec l’interface sont des phénomènes physiques encore débattus.Dans cette thèse, nous explorons la dynamique et l'interaction de particules colloïdales individuelles à proximité d'une interface air-eau à l’équilibre thermique.Afin de mener cette étude sans perturber le système expérimental, nous avons conçu et construit un microscope interférentiel à double onde adapté à l'interface air-eau. Contrairement à d'autres techniques expérimentales, notre configuration permet la mesure précise de la distance absolue entre particule l'interface sans nécessiter d’étalonnage ou d’hypothèse sur l'emplacement de l'interface. Nous avons ainsi pu obtenir des trajectoires hautement résolues de particules en 3D proches de l'interface, permettant la mesure précise des diffusions proche de l’interface et des interactions particules-interface.Le système montre deux profils d’énergie potentielle différents. Deux distances d’équilibre particule-interface sont ainsi observées. La plus grande peut être expliquée par la compétition des interactions de Van der Waals et électrostatiques avec la pesanteur. La distance d’équilibre plus courte ne peut s’expliquer que par la présence d’une interaction attractive supplémentaire. Les origines possibles de cette interaction sont discutées.En utilisant une nouvelle méthode d'analyse des déplacements quadratiques moyens des particules dans un potentiel générique, nous avons pu accéder aux coefficients de friction visqueuse des particules en fonction de la distance à l'interface. De manière singulière, l’interface air-eau se comporte comme une paroi liquide pour le mouvement des particules parallèlement à l’interface et comme une paroi solide pour le mouvement des particules perpendiculaire à l’interface. Ce résultat expérimental peut être partiellement rationalisé en considérant des modèles récents basés sur l’incompressibilité de surface. Cependant, certaines différences entre les expériences et les théories demeurent. Les coefficients de friction visqueuse sont plus importants que les prédictions hydrodynamiques et dépendent de la charge électrique des particules, ce qui suggère un possible rôle des phénomènes électrocinétiques.Enfin, le piégeage des particules à l'interface air-eau et leur angle de contact ont été mesurés tout en modifiant la force ionique de la solution aqueuse et en faisant varier l‘état de surface des colloïdes.

Hot-dip galvanization is a common process used to protect steel from corrosion. The requirement of reduction of greenhouse gases by car industry led to an interest in the lighter Advanced High Strength Steels. However, their drawback is the segregation of alloying elements (Al) at surface, during the recrystallization annealing, and the formation of oxides (Al2O3) that imped the adhesion of the Zn protective coating. In this context, this study aims at understanding the impact of a Cr buffer on the adhesion of Zn, through a surface science approach using X-ray Photoemission Spectroscopy (XPS), Surface Differential Reflectivity Spectroscopy (SDRS), Low-Energy Electron Diffraction (LEED), Reflection High-Energy Electron Diffraction (RHEED), Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS), Atomic Force Microscopy (AFM), Thermal Programmed Desorption (TPD), in addition to ab initio calculations to tackle questions of interfacial chemistry, growth, wetting, structure, and thermal stability of Cr/Al2O3 and Zn/Cr/Al2O3 systems. At the first interface, XPS results suggested the oxidation of Cr at contact with the bare surface of alumina through a reaction with residual OH- groups, further confirmed by EXAFS supported by ab initio calculations. Furthermore, AFM and SDRS proved a Volmer-Weber growth mode of high aspect ratio metallic Cr particles, while RHEED showed non epitaxial growth. At Zn/Cr/Al2O3 interface, an enhancement of Zn sticking coefficient as a function of Cr thickness was proved. Besides, a close relationship between the wetting of Cr and Zn was pointed out by SDRS and strong Cr-Zn bonds, with a likely alloy formation, were put forward by TPD.; La galvanisation à chaud est un processus usuel pour protéger l'acier contre la corrosion. La nécessité de réduire les émissions de gaz par l'industrie automobile a suscité l’utilisation d’aciers dits à haute limite élastique. Cependant, une ségrégation des éléments d’alliage (Al) à la surface, lors du recuit de recristallisation, et la formation d'oxydes (Al2O3) empêchent l'adhésion du revêtement de Zn. Dans ce contexte, cette étude vise à comprendre l’effet d’une couche de Cr sur l’adhésion du Zn, à travers une approche de type science des surfaces utilisant la photoémission X (XPS), la spectroscopie de réflectivité différentielle (SDRS), la diffraction d’électrons lents (LEED) et rapides sous incidence rasante (RHEED), la spectroscopie d’absorption des rayons X (EXAFS), la microscopie à force atomique (AFM), la désorption thermique (TPD), ainsi que des calculs ab initio pour répondre aux questions relatives à la chimie interfaciale, la croissance, le mouillage, la structure et la stabilité thermique du Cr/Al2O3 et Zn/Cr/Al2O3. Sur la première, les résultats XPS suggèrent l’oxydation du Cr au contact de la surface nue d’alumine par une réaction avec des groupes OH- résiduels, confirmée par l’EXAFS et les calculs ab initio. En outre, l’AFM et la SDRS montrent un mode de croissance Volmer-Weber de particules de Cr métalliques à facteur de forme élevé, alors qu’aucune épitaxie n’est vue en RHEED. À l'interface Zn/Cr/Al2O3, le coefficient de collage du Zn est amélioré en fonction de l'épaisseur de Cr. De plus, la SDRS montre une relation étroite entre le mouillage du Cr et du Zn. De fortes liaisons Cr-Zn, avec une possible formation d’alliage, ont été avancées par la TPD.