Dynamics of fluid interfaces

Description

Les interfaces comme celles entre l’eau et l’air ou bien l’eau et l’huile possèdent une forme d’énergie particulière appelée énergie de surface ou tension de surface. A petite échelle spatiale, typiquement en-dessous du cm, l’énergie de surface éventuellement avec l’énergie de gravité, l’énergie cinétique ou la dissipation visqueuse, dicte la forme et l’évolution des interfaces. Le but de ce cours est de permettre une compréhension élémentaire des phénomènes interfaciaux de la forme des gouttes de pluie, la fragmentation des jets, les propriétés hydrophobes des feuilles jusqu’à l’éclatement des bulles de savon.

Les notions et les quantités physiques sont toujours introduites à partir d’une observation expérimentale. Dans l’établissement des lois physiques, nous privilégions les lois d’échelle plutôt que les calculs mathématiques détaillés de manière à extraire l’essentiel des phénomènes sous-jacents.

Les lois de la capillarité ont été établies au début du 19ème siècle. Pourtant, la recherche dans ce domaine est très active du fait de sa position à la frontière entre science appliquée et science fondamentale. Par exemple, le développement des dispositifs microfluidiques a soulevé nombre de questions relatives à la dynamique des interfaces. La conception d’interfaces intelligentes avec des propriétés de mouillage originales a permis la manipulation des gouttes sur les solides. Le développement de nouveaux outils à micro-échelle (microscopie à force atomique) et à macro-échelle (imagerie numérique rapide) a révolutionné les expériences.

Dans chaque partie, nous avons inclus des vidéos illustratives de publications récentes, soit aimablement fournies par des collègues du monde entier, soit issues de notre propre recherche. Pour ceux qui souhaitent aller au delà de ce cours, nous donnons les références de ces contributions de recherche dans les publications scientifiques.

Plan de cours

• Partie 1 : Capillarité, énergie de surface, tension de surface, pression capillaire
  • Energie de surface
  • La tension de surface
  • Pression capillaire
  • Instabilité des interfaces cylindriques
• Partie 2 : Contact solide-liquide
  • Angle de contact
  • Hystérésis
  • Effets de gravité
• Partie 3 : Non mouillage
  • Hydrophobicité, superhydrophobicité
  • Gouttes de Leidenfrost
• Partie 4 : Capillarité et viscosité
  • Nombre capillaire
  • Entrainement et enduisage
  • Dynamique du mouillage
• Partie 5 : Capillarité et inertie
  • Films et nappes liquides
  • Jets
  • Impacts
  • Ondes capillaires
• Partie 6 : Gradients de tension de surface
  • Ecoulements Marangoni
  • Agents tensioactifs