Influence de la chimie et de la morphologie de surface sur l'hydrodynamique de films liquides tombants // Biointerface and hydrodynamics of modified PVC surfaces

En raison de leur faible épaisseur et de leur grande aire interfaciale, les films liquides tombants sont utilisés dans de nombreuses applications industrielles pour améliorer les transferts de chaleur et de masse entre des phases liquide et gazeuse à contre-courant. Dans les tours de refroidissement, des films d'eau s'écoulent sur des surfaces complexes appelées garnissages structurés, constitués de feuilles verticales, minces, ondulées et perforées, empilées parallèlement les unes aux autres. Ces feuilles sont généralement en polymère. Le polychlorure de vinyle (PVC) est largement utilisé pour sa grande stabilité mécanique, sa durabilité et son faible coût. Le refroidissement se produit principalement par l'évaporation partielle de l'eau qui s'écoule.
La configuration idéale est un film couvrant entièrement la surface. Cependant, la mouillabilité de la surface peut fortement influencer le comportement des films liquides tombants. Des zones sèches peuvent apparaître et le film peut se déstabiliser en formant des ruisselets. Différents régimes sont rapportés en fonction de la mouillabilité de la surface, des propriétés du liquide et du débit du liquide par unité de largeur : écoulement en ruisselets, régime de film pincé et régime de film totalement couvrant, observés par ordre croissant de débit.
Les surfaces polymères ont la particularité de présenter une hystérésis d'angle de contact élevée, même lorsqu'elles sont lisses. De plus, dans les tours de refroidissement, la mouillabilité de la surface varie considérablement au cours de la durée de vie du garnissage. La surface passe d'hydrophobe à hydrophile suite à la précipitation de calcite à la surface du garnissage. L'état courant de la surface est donc celui d'une surface composite composée d'une base hydrophobe recouverte de zones hydrophiles correspondant aux dépôts de calcite.
L'objectif de la thèse est de
(1) développer des surfaces modèles de base PVC, de texture et de mouillabilité contrôlées
(2) étudier et caractériser la structure des écoulements de films sur ces surfaces
(3) déterminer en particulier le seuil de déstabilation du film liquide tombant avec formation de zones sèches
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Due to their low thickness and high interfacial area, falling liquid films are implemented in industrial applications to enhance heat and mass transfers between counter-current liquid and gas phases. In cooling towers, water films flow over complex surfaces called structured packings, consisting of vertical, thin, corrugated-perforated sheets stacked parallel to each other. The sheets are typically made of polymer. Polyvinyl chloride (PVC) is widely used for its high mechanical stability, durability, and low cost. Cooling occurs mainly through the partial evaporation of flowing water.
The desired configuration is the fully covering film. However, the surface wettability may strongly affect the behavior of falling liquid films. Dry patches may appear, and the film may destabilize into rivulets. Different regimes are reported depending on surface wettability, liquid properties, and the liquid flow rate per unit width: rivulet-based flow, pinching (or necking) film regime, and flooded (fully covering) film regime, observed in order of increasing flow rate.
Polymer surfaces exhibit high contact angle hysteresis even when they are smooth. Furthermore, in cooling towers, the surface wettability varies significantly over the packing lifetime. The surface evolves from hydrophobic to hydrophilic due to calcite precipitation on the packing surface. Then, the current surface state is a composite surface consisting of a hydrophobic base patterned with hydrophilic patches corresponding to calcite deposits.
The objective of the thesis is to
(1) develop model surfaces of modified PVC with controlled texture and wettability
(2) study and characterize the structure of film flows on these surfaces
(3) determine the critical flow rate corresponding to liquid film destabilization annd subsequent dry patch formation.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Contrats ED : Programme blanc GS-SIS

Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes

579 Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences

Le candidat idéal est un étudiant de niveau ingénieur ou M2 (ingénieur généraliste, ou M2 en mécanique des fluides, physique appliquée ou génie des procédés). Compétences clés: ✓ Matière molle ✓ Mécanique des fluides ✓ Sens physique, goût pour la conception et l'expérimentation ✓ Esprit innovant et attiré par la recherche fondamentale ✓ Autonomie et initiative
The ideal candidate is an engineering or master's student (general engineering, or master's in fluid mechanics, applied physics, or chemical engineering). Key skills: ✓ Soft matter ✓ Fluid mechanics ✓ Physical intuition, interest in design and experimentation ✓ Innovative mindset and attraction to fundamental research