Performance et persistance de coussins d'air retenus par des surfaces superhydrophobes en présence de conditions turbulentes // Performance and persistence of air cushions retained by superhydrophobic surfaces under turbulent conditions

Cette thèse vise à concevoir et caractériser des surfaces texturées multi-échelles permettant une réduction significative des frottements dans des écoulements liquides, mais compatible avec des conditions réelles d'utilisation. Le travail se concentre sur une gamme de rugosités encore peu explorée (5 µm < r < 500 µm), comprise entre les micro-texturations des surfaces superhydrophobes classiques et les texturations macroscopiques de type riblets.
Un premier objectif consiste à établir des relations entre les paramètres géométriques des texturations (taille, forme, pas, anisotropie) et leur capacité à piéger un film gazeux stable au voisinage de la paroi. Les conditions d'apparition, de maintien et de rupture de cette couche d'air seront étudiées en fonction de la mouillabilité de la surface et des conditions d'écoulement, afin d'identifier des configurations géométriques optimales maximisant la réduction de traînée. Un second objectif porte sur l'évaluation des performances hydrodynamiques des surfaces en l'absence de film gazeux, afin de quantifier l'effet de la rugosité des texturations seules. L'influence du régime d'écoulement et du niveau de turbulence sur leur efficacité sera analysée, dans le but de mieux comprendre la réorganisation de la turbulence au contact des rugosités intermédiaires et d'identifier des domaines de fonctionnement pertinents pour une stratégie de contrôle passif. Enfin, la durabilité des surfaces développées sera étudiée au moyen d'essais tribologiques visant à évaluer leur résistance à l'usure et leur durée de vie. Les résultats attendus incluent l'établissement de lois de conception reliant géométrie, mouillabilité et performances hydrodynamiques, la démonstration expérimentale de surfaces durables réduisant efficacement le frottement avec ou sans film gazeux, ainsi que des perspectives applicatives pour les domaines marin et naval, accompagnées de publications scientifiques internationales.
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This PhD project aims to design and characterize multiscale textured surfaces capable of significantly reducing friction in liquid flows while remaining compatible with real operating conditions. The work focuses on a range of roughness scales that has received limited attention to date (5 µm < r < 500 µm), lying between the microtextures of conventional superhydrophobic surfaces and macroscopic riblet-type textures. The first objective is to establish relationships between the geometric parameters of the textures (size, shape, spacing, and anisotropy) and their ability to retain a stable gaseous layer near the wall. The conditions governing the formation, maintenance, and breakdown of this air layer will be investigated as a function of surface wettability and flow conditions, with the aim of identifying optimal geometric configurations that maximize drag reduction. The second objective focuses on evaluating the hydrodynamic performance of the surfaces in the absence of a gaseous layer, in order to quantify the effect of texture roughness alone. The influence of the flow regime and turbulence intensity on their effectiveness will be analyzed to improve the understanding of turbulence reorganization in the vicinity of intermediate-scale roughness elements and to identify relevant operating conditions for passive flow-control strategies. Finally, the durability of the developed surfaces will be assessed through tribological testing designed to evaluate their wear resistance and service lifetime. The expected outcomes include the establishment of design laws linking geometry, wettability, and hydrodynamic performance; the experimental demonstration of durable surfaces capable of effectively reducing friction with or without a gaseous layer; and the identification of potential applications in the marine and naval sectors, accompanied by publications in international scientific journals.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Financement d'une collectivité locale ou territoriale

Université Polytechnique Hauts de France

635 Ecole Doctorale Polytechnique Hauts-de-France

Le ou la candidat(e) devra être issu(e) d'une formation en mécanique des fluides, avec un intérêt pour la mécanique des fluides expérimentale et la turbulence. Des connaissances en écoulements diphasiques et en interactions fluide–surface sont souhaitées. Des compétences en expérimentation, mesures physiques en laboratoire, ainsi qu'en traitement de données seront appréciées. Une connaissance des techniques de caractérisation des écoulements et des surfaces constitue un atout.
The candidate should have an academic background in fluid mechanics, with an interest in experimental fluid mechanics and turbulence. Knowledge of two-phase flows and fluid–surface interactions is desirable. Skills in experimental work, physical laboratory measurements, and data processing will be appreciated. Familiarity with flow characterization techniques and surface characterization methods would be an asset.