L'objet de cette thèse est de modéliser et simuler des écoulements diphasique/triphasique à phase non miscibles. L'impact de plusieurs gouttes d' émulsion (eau/huile) sur une plaque mouillante l'huile est simulée. Ainsi, une méthode pour lisser l'interface (SVOF), afin d'obtenir une courbure précise, basée sur une méthode eulérienne de type "Volume Of Fluid" (VOF) spécifique au caractère multiphasique de l' écoulement est développée. Un modèle de ligne triple et un modèle de mouillabilité sont développés pour calculer les forces capillaires. Ces modèles et ces méthodes sont validées partir de données expérimentales puis utilisées pour simuler le Plate-Outet les écoulements macroscopiques au voisinage du cylindre de laminage / The scope of this dissertation is to model and simulate non-miscible multiphase °ows. Theimpact of several emulsion droplet on the wetting steel strip is simulated. So, the method ofsmooth VOF based on Eulerian "Volume Of Fluid" approach which is particulary adapted tointerfacial °ows is developed. The new method SVOF allows to calculate the curvature with abetter precison than other method. A wettability model and a triple line model are developedto calculate the capillary forces. This models and this methods validated on the experimentaldata and used to simulate the Plate-Out and the macroscopic °ows in neighbourhood of coldrolling system.

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux systèmes intelligents pour des applicationsmédicales et cosmétiques. Ainsi, nous avons conçu et réalisé trois instruments. Le premier estdédié à la mesure de la mouillabilité de la peau. L’originalité de ce dispositif réside en sa capacité àdonner une image 3D de la goûte de la surface de la peau explorée et de donner le comportementdynamique de la goûte. Cette stratégie nous donnera la possibilité de créer de nouvelles basesde données relatives à la mouillabilité de tout le corps humain. En effet, nous disposons que desdonnées sur la mouillabilité de l’avant-bras. Le deuxième instrument intelligent concerne la mesurede la réflectance d’une surface. Ce dispositif assure une mesure de très haute résolution angulairede la BRDF et une très bonne répétabilité de la mesure. Il a été validé sur la peau pour la mesurede l’ éclat. Et enfin le troisième instrument, basé sur une méthode originale de mesure de vibrationà l’aide d’un système de stéréo-vision associée à un motif périodique. Il a été appliqué pour lamesure du mouvement thoracique et abdominal lors de la respiration. Notre principale motivationpour développer ce système fut la réduction des artefacts, dus aux mouvements d’un patient lorsd’un examen radiologique. / Smart Devices have been widely used by health care and cosmetics professionals. Indeed, they helpin many aspects of clinical practice by providing an efficient way for medical diagnosis, supportingbetter clinical decision-making and improving patient outcomes. In this thesis, we have beeninterested in three applications. The first one is related to the wettability measurement, especially forthe human skin. So we propose, a held-hand device that is based on the contact angle measurementto determine skin wettability. Besides, the device allows the visualization of the liquid dropletspreading in both dynamic and static modes. Moreover, it can measure the top and the left views ofthe droplet and provides the 3D droplet and the skin explored area profiles. The second applicationpermits the skin radiance measurement. For this purpose, we propose a miniaturized device havingan original method for the BRDF measurement associated with 3D profile measurement of the areastudied. As regards the third application, it is a non-invasive method for breath measurement that usesa stereovision system and a pseudo-periodic pattern. This system allows a high-resolution threedimensionaldisplacement measurement for the recording of the thoracoabdominal wall respiratorymovement. The devices developed during this research gives us a high accuracy, a good resolutionand repeatability of measurements.

L'influence des propriétés de surfaces sur un écoulement liquide microscopique au voisinage d'une paroi a été mise en évidence au cours des dernières années. On entend ici par propriétés de surface l'affinité des solides avec les liquides mis en œuvre, caractérisée par l'angle de mouillage formé par une goutte liquide déposée sur la paroi solide. L'usage de surfaces superhydrophobes a permis notamment d'observer un glissement important du liquide sur la paroi solide pour des écoulements de microfluidique. On peut se demander si les propriétés de mouillage ont également une influence dans des situations hydrodynamiques de plus grande échelle, et c'est à cette problématique que l'on tente d'apporter des réponses dans cette thèse.<br>Dans un premier temps, des mesures de forces réalisées sur des solides immergés dans un écoulement montrent que l'application d'un revêtement superhydrophobe ne permet pas d'obtenir la réduction radicale espérée de la traînée hydrodynamique. Par la suite, nous nous intéressons à des situations d'impact solide-liquide, mettant en œuvre des lignes de contact triples : impacts de sphères solides sur une interface liquide-gaz, puis impacts d'un jet liquide sur des impacteurs solides, conduisant à la formation de cloches liquides. Nous mettons en évidence et rationalisons dans ces deux cas le couplage fort qui relie les propriétés des surfaces à l'hydrodynamique macroscopique.

La dynamique de bouchons est étudiée expérimentalement dans des microcanaux de section rectangulaire fabriquées selon le procédé de lithographie molle. Les bouchons sont déplacés par de l'air introduit à pression constante et l'écoulement est enregistré par vidéomicroscopie. Deux géométries sont étudiées : le canal droit et la bifurcation en T. Dans le premier cas, on détermine le saut de pression dynamique aux interfaces de bouchons de liquide mouillant ou partiellement mouillant en calculant au préalable la dissipation visqueuse dans le volume des bouchons. Les résultats montrent des similarités avec les études réalisées en tube cylindrique : le saut de pression aux interfaces d'un bouchon de liquide mouillant suit une loi de puissance faisant intervenir le nombre capillaire à la puissance 2/3 tandis qu'en mouillage partiel, cette dépendance est plus complexe notamment en raison d'un seuil de pression lié à l'hystérésis des angles de contact. Le comportement de bouchons de liquide mouillant est ensuite étudié dans une bifurcation en T. Trois cas sont observés : la division, l'éclatement ou encore le blocage du bouchon à l'entrée du T. La pression de déblocage ainsi que le critère éclatement-division sont modélisés et discutés. Ce travail de thèse aboutit donc, pour l'écoulement diphasique considéré, aux lois de transport dans un microcanal droit ainsi qu'à la fonction de transfert à une bifurcation dans le cas du mouillage total. Combinés, ces résultats pourront être utiles à la modélisation du transport de gouttes dans un réseau de microcanaux à section rectangulaire.

Les travaux réalisés au cours de cette thèse visent à apporter une aide à la compréhension des mécanismes régissants l' évaporation des films liquides. La physique des problèmes à changement de phase avec ligne de contact est gouvernée par des mécanismes agissant au niveau de ces dernières ainsi qu'au niveau des interfaces gaz-liquide. La description géométrique des interfaces est donc un point clef dans cette étude tant d'un point de vue numérique qu'expérimental. Un outil numérique tridimensionnel de suivi d'interface infiniment fine à été créée afin d'anticiper la simulation numérique de ces problèmes. Cet algorithme repose sur une description quadratique de l'interface qui est une surface du maillage. L'ordre de convergence de cette méthode relatif à différentes caractéristiques (courbure, normale, position) de l'interface ainsi que sa qualité conservative ont été étudiés. Parallèlement a' cette approche numérique, une technique expérimentale d'inversion optique à été développée. Celle-ci permet la mesure dynamique du profil d'une interface au voisinage de la ligne de contact dans le cadre de fluide très mouillant. Cette méthode, appliquée dans le cadre d'un problème de film en évaporation quasi axi- symétrique a permis, dans le cadre d'une expérience simple, une première quantification des flux de chaleur et de masse échangés au niveau de la ligne de contact.

Un solide peut être recouvert d'un film mince de liquide quand celui-ci est retiré à vitesse constante en dehors du liquide. Ce processus d'enduisage par trempage a été initialement étudié par Landau et Levich. Dans le cas du mouillage partiel, il y a une vitesse seuil en dessous de laquelle le ménisque est stable et le solide reste sec. Nous étudions la transition de mouillage dynamique entre les deux états : à petite vitesse, un ménisque stable, à haute vitesse l'entraînement d'un film liquide. Il a été prédit qu'une ligne de contact devient instable pour une valeur du nombre capillaire supérieure à une valeur critique Cac et qu'une modulation périodique de la ligne de contact relaxe alors en un temps infini. Au cours de nos expériences, l'entraînement du liquide apparaît pour un nombre capillaire Ca* inférieur à Cac. Le comportement critique attendu à Cac est alors évité. On observe alors une relaxation de la ligne de contact en un temps fini. La vitesse seuil coïncide exactement avec la vitesse que connaît la ligne de contact au-delà de la transition. L'apparition de cette transition prématurée est expliquée par la nucléation d'un bourrelet capillaire qui se propage à l'intérieur du film liquide. Les caractéristiques du bourrelet déterminent la vitesse seuil d'entraînement du liquide. Les observations sont comparées avec un modèle hydrodynamique multi-échelles.

La complexité anatomique de l'endodonte implique un protocole d'irrigation efficace. L'hypochlorite de sodium doit donc pouvoir pénétrer dans l'ensemble du réseau endodontique afin d'exercer son activité antiseptique et protéolytique. Dans cet objectif, l'utilisation d'un tensioactif mélangé à l'hypochlorite de sodium constitue une approche potentiellement intéressante pour optimiser la pénétration et l'étalement de l'hypochlorite de sodium au sein du système canalaire. Cette thèse sur publications a donc pour objectif d'étudier l'influence de la modification de l'hypochlorite de sodium par adjonction de tensioactifs sur l'énergie interfaciale et la viscosité dynamique de la solution d'irrigation. Le premier chapitre décrit les enjeux, les différentes problématiques liées à l'irrigation ainsi qu'une revue de littérature critique des différentes techniques d'irrigation disponibles. Le second chapitre se focalise sur les propriétés physico-chimiques des solutions d'irrigation et sur des aspects plus spécifiquement liés à l'hydrodynamique et au mouillage des liquides et en particulier les notions d'énergie interfaciale, de concentration micellaire critique, de viscosité dynamique et de régime d'écoulement. Après une synthèse des aspects théoriques et des implications potentielles en endodontie, l'ensemble des matériels et méthodes expérimentales est détaillé dans le troisième chapitre. Le quatrième chapitre décrit l'influence de l'adjonction d'un tensioactif sur le mouillage de la solution d'irrigation sur la base d'une étude préliminaire et d'études complémentaires ayant abouti à une première publication internationale. Le cinquième chapitre décrit l'influence de l'adjonction d'un tensioactif sur l'écoulement de la solution d'irrigation, cette étude ayant débouché sur une seconde publication internationale. Enfin, le sixième chapitre constitue la conclusion de ce travail et les perspectives de recherche sur la thématique. / The complexity of the root canal anatomy requires an efficient irrigation protocol. Sodium hypochlorite must penetrate in the whole of the endodontic system in order to be strongly active in terms of antiseptic and solvant properties. Therefore, the use of surfactants mixed to sodium hypochlorite is a promising approach to enhance the penetration depth and the spreading of endodontic irrigant within the root canal. The purpose of this thesis based on two international publications is to study the influence of surfactant addition to sodium hypochlorite on its surface tension and dynamic viscosity. The first chapter describes the different stakes, issues and irrigation techniques thanks to a critical review of the literature. The second chapter focuses on hydrodynamics and wetting properties especially surface energy, critical micellar concentration, dynamic viscosity and flow regimen. After a description of the theoretical aspects and the potential applications in root canal therapy, all the materials and methods used in this thesis are detailed in the third chapter. The fourth chapter describes the influence of surfactant addition on the wettability of endodontic irrigant on the basis of a preliminary study and several additional studies that led to a first international publication. The fifth chapter describes the influence of surfactant addition on the dynamic viscosity of endodontic irrigant and its flow regimen on the basis of a study which led to a second international publication.The final chapter of this thesis constitues the conclusion of this work and the associated prospects regarding this topic.

Les tubes polymères, de PDMS ou de PVC, sont des matériaux hydrophobes polyvalents et peu couteux. Ils sont très largement utilisés dans l'industrie pour transférer des fluides plus ou moins complexes tels que de l'eau potable, des émulsions (e.g lait), des suspensions (e.g café), ou encore des solutions de molécules actives (e.g médicament). La plupart de ces applications mettent en jeux des écoulements intermittents répétés de liquide qui peuvent contaminer le matériau. Cette étude a pour but de mieux comprendre comment ces écoulements de fluides complexes entraînent la contamination des tubes. Nous étudions expérimentalement et théoriquement les régimes d'un segment de liquide de faible viscosité s'écoulant dans un tube en conditions de mouillage partiel. Deux processus sont en compétition : à cause de la vitesse élevée du segment de liquide, un film de liquide se forme à l'arrière du segment, alors qu'à cause de des conditions de mouillage partiel le film de liquide démouille. Nous montrons qu'au-delà de la limite en vitesse correspondant à la transition de mouillage dynamique qui est bien inférieure à la prédiction de Cox-Voinov, un régime précédemment inconnu avec un film épais, dont l'épaisseur dépend de la vitesse, est obtenu bien avant la formation classique d'un film de Landau-Levich-Derjaguin. Nos simulations numériques sont en partie en accord avec nos observations. / Polymer tubes, made of PDMS or PVC, are versatile, low cost, hydrophobic materials. They are heavily used in industry for transferring more or less complex fluids such as drinkable water, emulsions (e.g milk), suspensions (e.g coffee), or solution of active molecules (e.g pharmaceutics). Most of these applications involve repeated, intermittent flow of liquids which can lead to unwanted contamination. This study aims at better understanding the mechanisms of contamination for intermittent flow. We experimentally and theoretically investigate the flow regimes of low viscosity liquid slugs flowing down a vertical tube under partial wetting condition. Two processes are in competition: because of the large slug velocity, a liquid film tends to be created at the back of the slug whereas because of the partial wetting condition, the liquid film dewets. We investigate how this competition controls film deposition in hydrophobic tubes. We show that above the threshold velocity for dynamic wetting which is much lower than predicted by Cox-Voinov, a previously unknown regime is found where we observe a velocity dependent thick film well before the classical Landau-Levich-Derjaguin regime.

La pollution atmosphérique ne cesse d'augmenter et ses effets sur la peau humaine, notre principale barrière face aux agressions extérieures, sont de plus en plus préoccupants. Si les études cliniques sont nombreuses et mettent en évidence un impact des polluants sur le vieillissement environnemental et sur l'aggravation des désordres cutanés, les mécanismes mis en jeu ne sont pas clairement compris. L'objectif de ce projet de thèse est donc d'évaluer l'impact des polluants atmosphériques sur la peau, en particulier sur ses propriétés de surface, grâce à des approches analytiques chimiques et physico-chimiques. Différents modèles de peau ont été utilisés afin de comprendre les phénomènes mis en jeu. Un modèle de peau non-biologique a été développé, caractérisé et utilisé pour mettre en évidence l'impact de polluants atmosphériques sur la physico-chimie de surface de la peau. Les résultats obtenus sur ce modèle pu être validés grâce à des analyses réalisées sur explants de peau humaine. Ces études ont permis de démontrer l'effet de polluants sur l'oxydation de surface de la peau, induisant une modification de son énergie de surface et une augmentation de son caractère basique, mais également une détérioration de sa fonction barrière.A partir de ce constat et afin de développer des produits efficaces pour protéger la surface de la peau, des méthodes de caractérisation du film résiduel de produits cosmétiques ont été développées pour comprendre comment ces produits interagissent avec la peau. Les travaux menés ont permis d'établir le lien entre les propriétés physico-chimiques du film résiduel de produits topiques et leurs propriétés « anti-adhésion » de particules. / Air pollution still increases and its effects on human skin, our main barrier against external aggression, are of growing concern. If clinical studies are numerous and highlight a strong impact of pollutants on environmental aging and on the aggravation of skin disorders, the mechanisms involved are not clearly identified.The objective of this thesis is to evaluate the impact of air pollutants on the skin, more specifically on its surface properties, through chemical and physico-chemical analysis. Different skin models have been used to understand the phenomena involved. A non-biological skin model has been developed, characterized, validated and used to highlight and understand the impact of pollutants on skin surface physico-chemistry. The results obtained on this model were confirmed using human living skin explants. These studies have demonstrated the effect of pollutants on the oxidation of skin surface, inducing modifications in its free surface energy and a sharp increase of its basic character, together with an alteration of its barrier function.From this conclusion and in order to develop efficient products to protect the skin surface, residual film of cosmetics was characterized to help understanding how these products interact with the skin. The work carried out made it possible to establish a link between the physicochemical properties of the residual film of cosmetic emulsions and their "anti-adhesion" particles properties.

Les solides divisés, ou poudres, sont très utilisés dans de nombreux secteurs industriels. Dans l'industrie pharmaceutique les poudres peuvent être granulées et/ou comprimées pour la mise en oeuvre de formes galéniques solides et elles peuvent également être dispersées pour formuler des suspensions buvables par exemple. En cosmétique, le mélange des poudres ou la mise en suspension sont des étapes cruciales pour certains produits. Le secteur agro-alimentaire génère et formule de nombreux produits sous la forme de solides divisés. Dans le domaine des peintures, la dispersion des pigments dans la phase liquide est primordiale. Dans ces différents cas, les interactions interfaciales solide-solide et solide-liquide régissent très fortement les différents procédés industriels. C'est le cas de la dispersion d'une poudre dans un liquide qui est fortement influencée par l'énergie interfaciale entre la poudre et le liquide, composante directement liée à la tension de surface du liquide et l'énergie de surface de la poudre par l'intermédiaire de l'angle de contact (équation de Young). Dans cette étude, la dispersion de talc, hydrophobe, largement utilisé dans l'industrie notamment papetière, est étudiée dans une phase aqueuse. Afin de modifier les interactions solide-liquide (et solide-solide), la surface du talc est modifiée par enrobage à sec avec de la silice nanométrique hydrophobe (Aérosil® R972). Pour cela, deux dispositifs d'enrobage ont été utilisés : un mélangeur à haut cisaillement (Cyclomix®) et un broyeur à billes planétaire (BBP). L'objectif de ce travail est d'étudier l'influence des modifications des interactions solide-liquide sur la dispersibilité des particules. Les modifications de surface des particules enrobées ont été analysées par la méthode de la goutte posée, par montée capillaire, par chromatographie gazeuse inverse (CGI) et par sorption dynamique de vapeur (DVS). Ces modifications ont ensuite été mises en parallèle avec la vitesse de dispersion des particules dans l'eau. Des relations ont été établies entre la vitesse de dispersion des particules et le travail d'adhésion particules / eau. En plus des interactions solide-liquide, le passage dans les appareils d'enrobage modifie d'autres paramètres du talc comme sa densité, sa rhéologie, sa flottabilité etc., autant de paramètres modifiant également sa dispersibilité. Enfin, la puissance d'agitation de la phase aqueuse est un paramètre également étudié. / Powder technology concerns the phenomena encountered in industrial processes involving divided solids. Such processes are found in the pharmaceutical, cosmetics, and food industries (where many products are based on powders; tablets, granules, suspensions), and in the paint industry where solid pigments are dispersed in liquids. In particular this thesis examines the dispersion of powders in liquids which depends strongly on the interactions between solids and liquids and can be assessed by the solid-liquid interfacial energy. This energy is directly linked to the surface tension of the liquid and the surface energy of the solid through the contact angle in the Young equation. The contact angle is used to calculate the work of adhesion between a powder and a liquid and characterises the wettability of the powder. Talc powder, mainly used in paper industry, is used in this study. The surface of talc powder has been modified by dry coating with hydrophobic nano-silica (Aerosil® R972) using two different devices: a high shear mixer (Cyclomix®), and a planetary ball mill. The aim being to observe the effect of surface modification on the wettability and surface energy of coated talc particles and the effect of these surface energy changes on the dispersability of particles. Different parameters have been considered: the concentration of hydrophobic silica, the duration of processing without silica and with 3 % silica. Surface modifications have been assessed using the sessile drop method, capillary rise, inverse gas chromatography (IGC) and dynamic vapour sorption (DVS). This study shows that not only the surface wettability is modified by the treatment of particles in the coating devices, but also their physical characteristics such as their bulk density, their rheology, their buoyancy and thus their dispersibility. Finally, a study is made of the effect the stirring power of the aqueous phase on the dispersibality of talc powders coated with different concentrations hydrophobic silica.