Missions

Les surfaces superhydrophobes, souvent inspirées des surfaces naturelles telles que les feuilles de lotus, ont la capacité de repousser l'eau par la combinaison d'une micro-structure et d'une chimie hydrophobe en surface. Lorsqu'elles sont immergées dans l'eau, ces surfaces peuvent retenir une couche d'air à l'intérieur de la microstructure, une couche souvent nommée « plastron ». Cette couche d'air peut potentiellement entrainer une forte réduction de trainée, conséquence d'une longueur de glissement significative de l'eau sur le plastron. Cependant, cette couche d'air peut devenir instable lorsqu'elle est soumise à des fluctuations de pression ou immergée dans un écoulement turbulent. En effet, soumise à des contraintes mécaniques suffisamment fortes, la microstructure peut être envahie d'eau : la super-hydrophobie et la réduction de trainée sont alors mises en défaut.

L'objectif de ce post-doctorat est d'étudier les conditions dynamiques dans lesquelles un plastron d'air devient instable. Cette étude est une partie d'un projet plus étendu (financé par l'ANR IDEFHYX), qui vise à comprendre les interactions entre un écoulement turbulent et la dynamique du plastron.

Activités

Le.la post-doctorat.ante recruté.e s'impliquera dans un projet fortement ancré sur des expériences où un plastron d'air sera soumis à des contraintes mécaniques contrôlées. La réponse dynamique du plastron sera mesurée via une visualisation rapide standard, mais aussi avec des méthodes optiques dédiées.

Deux expériences seront prévues :
1) la déstabilisation du plastron par un écoulement de cisaillement
2) la caractérisation de la réponse du plastron à un forçage acoustique (contrainte de pression)

La première expérience tend à reproduire les conditions d'écoulement en situation appliquée à la réduction de trainée, mais à des nombres de Reynolds inférieurs; ceci dans le but de mettre en évidence les premières étapes de l'instabilité (formation d'ondes de surface à l'interface liquide/air). La déstabilisation du plastron sous différents taux de cisaillement sera visualisée par interférométrie en lumière blanche, ou à l'aide d'un vibromètre laser. Le principal objectif est l'identification du mécanisme sous-jacent à la rupture du plastron et de la superhydrophobie, potentiellement découlant d'une instabilité du type Kelvin-Heltmotlz.

Dans un écoulement turbulent, un plastron est soumis à des vibrations sur un large spectre en fréquence, ce qui peut potentiellement exciter des résonances dans le film d'air. Ainsi, l'objectif de la deuxième expérience est la caractérisation des modes propes du plastron, allant de modes à basse fréquence (si l'ensemble du plastron est en vibration) forcées mécaniquement, jusqu'à des modes haute fréquence (vibrations à l'échelle de la rugosité) forcées acoustiquement. Il a été prévu numériquement que le couplage entre les fluctuations de l'écoulement et les ondes capillaires de surface soit une origine possible d'instabilité. En utilisant un dispositif similaire mais avec des ondes acoustiques focalisées, la propagation d'ondes capillaires à la surface du plastron sera également étudiée.

Compétences

Nous recherchons un.e expérimentateur.rice avec un doctorat dans le domaine de la dynamique des fluides et en particulier les phénomènes capillaires, les instabilités ou les ondes. Le.la candidat.e retenu.e construira ou adaptera les différents dispositifs, ce qui demandera des compétences en imagerie rapide, interférométrie optique et électronique. Des connaissances en étalement de liquides sur surfaces superhydrophobes est un atout supplémentaire.

Contexte de travail

Le laboratoire Matière et Systèmes Complexes (MSC) (http://www.msc.univ-paris-diderot.fr/) unité mixte de l'Université de Paris (faculté des sciences) et du CNRS regroupant ~160 chercheurs, enseignant chercheurs et personnels techniques, étudiants, postdoctorants et apprentis) développe une physique interdisciplinaire, au contact de la chimie, les sciences du vivant et la médecine.

Le groupe dans lequel le projet est développé (L. Limat, A. Bussonnière, P. Brunet) a une solide expertise en mouillage dynamique en situations hors-équilibre. Parmi les travaux précédents marquants, notons la dynamique de démouillage sous écoulement, l'étude des formes de gouttes glissant sur plan incliné, le méandrage de filets liquides, la dynamique instationnaire (stick-slip) de gouttes en étalement sur substrats froids, le mouillage dynamique sur surfaces superhydrophobes, les écoulements de liquides sur films de vapeur et l'acoustique en situations diphasiques.

A coté de cette expertise expérimentale et théorique en hydrodynamique, le projet bénéficiera aussi de l'accès à une salle blanche, ainsi qu'à des salles de chimie, ateliers de mécanique et d'électronique.

Le projet s'inscrit dans le cadre plus large d'une ANR impliquant plusieurs laboratoires en France, possédant des expertises complémentaires : PRISME (Orléans), IMFT (Toulouse) and DYNFLUIDS (Paris).

Contraintes et risques

Pas de contraintes spécifiques