Thèse Impact de Micro Jet et Formation de Ressaut Circulaire H/F - Université de Lille

Établissement : Université de Lille
École doctorale : ENGSYS Sciences de l'ingénierie et des systèmes
Laboratoire de recherche : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
Direction de la thèse : Alexis DUCHESNE ORCID 0000000280440916
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-30T23:59:59a.Contexte scientifique

Avec l'utilisation massive des imprimantes à jet d'encre et la récente démocratisation des imprimantes 3D, la question de l'impact d'une goutte sur un substrat solide a donné lieu à de très nombreux travaux. Curieusement l'étude d'un point de vue fondamental de l'impact d'un jet liquide continu et submillimétrique (10-500 microns) n'a que peu attiré l'attention des chercheurs jusqu'à présent. Il apparait pourtant que les jets liquides sont particulièrement utilisés pour refroidir les surfaces (en particulier en microélectronique) et l'on peut espérer qu'une connaissance fondamentale de la physique du problème permettra d'améliorer les vitesses d'impression des imprimantes 3D.

Dans ce cadre nous nous intéressons à l'impact d'un jet vertical sur une surface plane. Aux échelles où ce phénomène a été étudié par le passé (jet de plusieurs millimètres de diamètre), on peut observer la formation d'un ressaut circulaire hydraulique.

b.Objectifs

L'objectif de cette thèse est d'étudier théoriquement et expérimentalement les conditions de formation d'un ressaut circulaire résultant de l'impact d'un jet submillimétrique. Il s'agira en outre de comprendre l'objet physique ainsi formé car si la gravité joue un rôle important dans la formation du ressaut circulaire classique (jets millimétriques), on peut s'attendre dans cette configuration (jets submillimétriques) à ce que la tension de surface joue un rôle prépondérant.

Nous aborderons cette question de l'influence de la tension de surface à l'aide d'un ensemble d'expériences permettant de répondre à cette question :
-Observation des lois rayon-débit pour des jets submillimétriques.
-Etude de l'influence de tensioactifs
-Impact sur des plaques aux propriétés de mouillage bien contrôlées.

Dans un deuxième temps nous chercherons à élargir notre compréhension des mécanismes de formation du ressaut en étudiant les débits critiques de disparition/apparition du ressaut, la formation d'un ressaut depuis une plaque sèche ou encore l'impact sur des surfaces infusées.

c.Environnement

La thèse se déroulera au sein de l'IEMN (campus scientifique de l'université de Lille). L'accès à la centrale de micro fabrication de l'institut (une des plus importante de France) permettra de construire les dispositifs adaptés mais également la maitrise de la mouillabilité et de l'état de surface des substrats impactés.

References
[1]E. J. Watson. J. Fluid Mech., 20: 481-499, 1964.
[2]A. Duchesne, L. Lebon, & L. Limat. EPL (Europhysics Letters), 107(5): 54002, 2014.
[3]A. Duchesne, A. Andersen & T. Bohr, Phys. Rev. Fluids. 4.084001, 2019
[4]A. Duchesne, L. Limat, J. Fluid Mech. (Rapids), 937, R2 (2022)
[5]A. Goerlinger, M. Baudoin, F. Zoueshtiagh & A. Duchesne, Phys. Rev. Letters 131, 194001(2023).

Avec l'utilisation massive des imprimantes à jet d'encre et la récente démocratisation des imprimantes 3D, la question de l'impact d'une goutte sur un substrat solide a donné lieu à de très nombreux travaux. Curieusement l'étude d'un point de vue fondamental de l'impact d'un jet liquide continu et submillimétrique (10-500 microns) n'a que peu attiré l'attention des chercheurs jusqu'à présent. Il apparait pourtant que les jets liquides sont particulièrement utilisés pour refroidir les surfaces (en particulier en microélectronique) et l'on peut espérer qu'une connaissance fondamentale de la physique du problème permettra d'améliorer les vitesses d'impression des imprimantes 3D.

Dans ce cadre nous nous intéressons à l'impact d'un jet vertical sur une surface plane. Aux échelles où ce phénomène a été étudié par le passé (jet de plusieurs millimètres de diamètre), on peut observer la formation d'un ressaut circulaire hydraulique.

L'objectif de cette thèse est d'étudier théoriquement et expérimentalement les conditions de formation d'un ressaut circulaire résultant de l'impact d'un jet submillimétrique. Il s'agira en outre de comprendre l'objet physique ainsi formé car si la gravité joue un rôle important dans la formation du ressaut circulaire classique (jets millimétriques), on peut s'attendre dans cette configuration (jets submillimétriques) à ce que la tension de surface joue un rôle prépondérant.

Nous aborderons cette question de l'influence de la tension de surface à l'aide d'un ensemble d'expériences permettant de répondre à cette question :
-Observation des lois rayon-débit pour des jets submillimétriques.
-Etude de l'influence de tensioactifs
-Impact sur des plaques aux propriétés de mouillage bien contrôlées.

Dans un deuxième temps nous chercherons à élargir notre compréhension des mécanismes de formation du ressaut en étudiant les débits critiques de disparition/apparition du ressaut, la formation d'un ressaut depuis une plaque sèche ou encore l'impact sur des surfaces infusées.

La personne candidate doit être titulaire d'un master ou d'un diplôme d'ingénieur en physique, mécanique des fluides ou microfluidique. Une solide formation en physique des interfaces, capillarité et dynamique des fluides est attendue. Le projet combinant approches théorique et expérimentale, la personne candidate devra être à l'aise avec la conception de dispositifs expérimentaux, l'instrumentation et l'analyse de données. Des compétences en programmation scientifique et en traitement d'images constituent un atout important. Une expérience en microfabrication, mouillabilité ou traitement de surface sera appréciée. La personne candidate devra faire preuve d'autonomie, de rigueur et de curiosité scientifique. Une capacité à travailler dans un contexte collaboratif international ainsi que de bonnes compétences rédactionnelles et orales sont nécessaires. Un bon niveau d'anglais scientifique est requis. Enfin, un intérêt marqué pour la recherche expérimentale et la physique fondamentale sera déterminant.