Mouillage partiel en gravité terrestre : confrontations entre expériences et modèles

Le laboratoire est centré sur les sciences de l’ingénieur autour de recherches en mécanique et énergétique et aborde des problèmes en lien avec de nombreuses applications dans l’industrie, l’environnement ou la santé.

Descriptif du stage :

Les situations de mouillage partiel résultant du contact d’un liquide avec un substrat solide, dans un environnement fluide (liquides non miscible ou gaz), sont omniprésentes tout autour de nous. Ainsi, une meilleure compréhension de leurs caractéristiques intrinsèques, telles que la capacité de mouillage ou d'étalement pour un ensemble donné de propriétés physico-chimiques caractérisant le système liquide, solide et fluide environnant, ou la dynamique d'évaporation qui en découle, est une quête récurrente depuis plus de deux siècles.

Les principales questions scientifiques sous-jacentes au mouillage partiel sont les suivantes : à partir d'un ensemble connu de propriétés matérielles du système solide-liquide-fluide environnant et d’un volume connu de liquide, peut-on prédire ou retrouver la taille et la forme macroscopiques résultantes (problème direct) ? Inversement, à partir de la forme et du volume connus, peut-on identifier les propriétés interfaciales individuelles du système (problème inverse) ? Pour répondre à cette dernière question, il faut surmonter les problèmes liés à la détermination des contributions physiques individuelles mises en jeu. En effet, même dans une approche macroscopique qui intègre les échelles de longueur les plus basses aux plus hautes, il y a au moins quatre propriétés matérielles clés à quantifier : trois tensions de surface (solide-liquide, liquide-fluide environnant et solide- fluide environnant) ainsi que la tension de ligne qui agit à la ligne de contact. Malheureusement, ces quatre quantités clés pour le mouillage partiel ne peuvent pas être mesurées directement et indépendamment, mais sont identifiées au moyen de modèles constitutifs, dont les entrées ne sont que des combinaisons des propriétés physiques recherchées. Il existe de nombreuses façons de réaliser l'identification des propriétés interfaciales en statique ou en dynamique. La question centrale devient alors : quel modèle constitutif doit-on utiliser pour identifier les propriétés interfaciales recherchées ?

L’objectif de ce stage est de contribuer à répondre aux questions posées plus haut, dans les configurations pour lesquelles la gravité ne peut être négligée (aplatissement de la goutte). Des expériences seront réalisées et leurs résultats seront confrontés à divers modèles.

Période du stage : début mars au 31 juillet 2023

Lieu du stage : Laboratoire IUSTI, 5 rue Enrico Fermi, 13453 Marseille

Gratification : sur la base légale des établissements publics (15% du plafond horaire sécurité sociale, soit 4,05 €/heure), 35 heures/semaine.

Références :

Medale, M. & Brutin, D., Sessile drops in weightlessness: an ideal playground for challenging Young’s equation. Npj Microgravity 7, 30, DOI: 10.1038/s41526-021-00153-9 (2021).

Étudiant(e) en dernière année d’école d’ingénieur (Bac +5) ou de formation universitaire (M2), ayant des connaissances approfondies en mécanique des fluides, motivé(e) par la recherche tant fondamentale qu’appliquée dans les domaines de la physique des interfaces, de la modélisation physique, de la résolution numérique des équations du modèle, de la vérification et la confrontation de modèles aux résultats expérimentaux, etc.