Thèse Influence de la Chimie et de la Morphologie de Surface sur l'Hydrodynamique de Films Liquides Tombants H/F - Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes
École doctorale : Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
Laboratoire de recherche : LGPM - Laboratoire de Génie des Procédés et Matériaux
Direction de la thèse : Hervé DUVAL
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-21T23:59:59

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

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.
Le comportement des films liquides tombants sur ce type de surface est très mal connu.

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

-Traitements plasma pour activer la surface et modifier sa rugosité
- Test de différents greffages chimiques pour contrôler la mouillabilité
- Motifs: forme, taille et arrangements des zones hydrophiles
- Caractérisation des surfaces
- Caractérisation de l'hydrodynamique

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