Une goutte rebondit indéfiniment à la surface d'un bain soumis à une oscillation verticale. A chaque choc, des ondes sont émises sur la surface. Au voisinage de l'instabilité de Faraday, la goutte se couple à ses propres ondes et se met en mouvement spontanément sur la surface : les ondes émises lors des rebonds précédents sont entretenues par la vibration, et la goutte est propulsée car elle rebondit sur une surface inclinée. Le marcheur (l'objet associant la goutte et ses ondes de surface) possède une nature duale, à la fois onde et particule. Envoyé vers un obstacle sous-marin, le marcheur possède une probabilité de passage non nulle. Chaque réalisation est aléatoire et l'on retrouve statistiquement une forme d'effet tunnel. L'écart au seuil de l'instabilité de Faraday contrôle le temps d'amortissement des ondes sur le bain. Associé au mouvement du marcheur, il permet d'introduire la mémoire de chemin, correspondant à la trace laissée par la goutte sur le bain. Cette dernière joue un rôle majeur dans la mise en place d'effets typiquement ondulatoires dans la dynamique des marcheurs. Les conséquences de la mémoire de chemin sont évaluées en appliquant une force transverse sur le marcheur. Les orbites circulaires suivies par le marcheur sont de deux natures selon l'intensité de la mémoire de chemin. Pour une mémoire faible, leurs rayons varient continûment avec le champ excitateur. En revanche, pour une mémoire importante, les rayons de orbites sont discrets. La nature du jeu de niveaux qui se met en place suggère une analogie forte avec la théorie quantique des niveaux de Landau.

Cette thèse propose une analyse originale des phénomènes de brisure de gouttes et d'action d'un champ électrique dans un système microfluidique.<br /> Une première partie présente l'étude d'une goutte traversant une jonction microfluidique. Après avoir identifié trois scénarios possibles - dont deux entraînent la brisure - nous proposons<br />une étude quantitative des comportements observés dans l'espace des variables locales puis des paramètres de contrôle. Ces résultats ont été appliqués à l'extraction de phase microfluidique.<br /> Dans une seconde partie, nous étudions l'effet du champ électrique sur une goutte fortement confinée. La pertinence de l'approche théorique bidimensionnelle est établie sur deux expériences modèles qui analysent l'évolution de la forme d'une goutte confinée sous champ et la variation de vitesse d'une goutte soumise à un champ inhomogène. Enfin, nous appliquons ces résultats au contrôle de gouttes dans des systèmes microfluidiques d'architectures variées.

Ce travail porte sur l’étude de l’évaporation d’une goutte présentant une interface liquide/gaz complexe. Nous choisissons de nous focaliser sur deux manières différentes dont cette interface peut se complexifier, par interaction avec une phase solide :soit la phase solide constitue le support sur lequel repose la goutte, soit la phase solide se situe au sein même de la goutte. En particulier, nous nous intéressons à l’étude de l’évaporation de gouttes sessiles sur des surfaces géométriquement texturées ainsi qu’à l’étude de l’évaporation de gouttes en suspension contenant des composés non volatils.Tout d’abord, nous étudions les dynamiques d’évaporation de gouttes d’un liquide complètement mouillant et très volatil déposées sur des surfaces géométriquement texturées mais chimiquement homogènes. La texturation de la surface consiste en un réseau de piliers circulaires organisés selon un schéma carré, construits par photolithographie de façon à pouvoir contrôler la rugosité de la surface. La dynamique de la ligne de contact et la forme de la goutte sont caractérisées par interférométrie. Une étude paramétrique est réalisée en faisant varier les paramètres géométriques de la texturation de surface, typiquement le rayon et la hauteur des piliers (en gardant la distance inter-piliers fixe). L’étude met en évidence trois types de dynamiques en fonction de la valeur de ces para- mètres géométriques :i) un régime dominé par l’évaporation, avec une ligne de contact en récession pendant toute la durée de l’évaporation de la goutte ;ii) un régime dominé par l’étalement, avec un rayon initialement croissant pendant le début de l’évaporation ;iii) une situation intermédiaire avec des effets d’accrochage de la ligne de contact importants. Un modèle mathématique est développé, qui met en évidence l’influence de la géométrie de la texturation de surface sur la compétition entre les phénomènes d’étalement et d’évaporation de la goutte. Le modèle parvient à reproduire qualitativement les résultats expérimentaux, montrant que le choix entre les deux régimes extrêmes dépend de la valeur d’un paramètre adimensionnel, qui compare les temps caractéristiques d’évaporation et d’étalement au sein de la texturation de surface. Des lois d’échelles sont aussi mises en évidence, à la fois expérimentalement et théoriquement.Ensuite, nous nous intéressons à l’évaporation de gouttes au sein d’un séchoir par atomisation, dans le cas particulier de la microencapsulation de polyphénols. Cette situation appliquée repose sur l’évaporation de gouttes en suspension contenant deux composés non volatils dissous. Une étude expérimentale de microencapsulation de polyphénols par atomisation est réalisée à l’échelle du laboratoire. Nous observons l’influence des paramètres opératoires (proportion en masse du composé d’intérêt et de l’agent encapsulant dans la solution initiale, débit de liquide, vitesse et température du gaz de séchage) sur l’efficacité du procédé et sur les caractéristiques de la poudre obtenue (taille et morphologie des grains, contenu en eau, conservation de l’activité phénolique). Sur le plan théorique, l’évaporation de ces gouttes est caractérisée grâce à des modèles existants permettant de déterminer la température de la goutte et son temps d’évaporation, ainsi que la dynamique des composés non volatils au sein de la goutte au cours du temps. De plus, une méthode d’évaluation de l’efficacité de la chambre de séchage est proposée, qui repose sur la comparaison entre le temps d’évaporation des gouttes et leur temps de parcours au sein de la chambre. Ces différents modèles sont en accord avec les résultats expérimentaux obtenus et permettent notamment de donner des conseils pour la conception et le dimensionnement de séchoirs par atomisation. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le couplage entre processus physico-chimiques et le transfert de matière ou de chaleur peuvent donner lieu à des structures spatio-temporelles induites par des flux convectifs. Ces flux peuvent résulter de gradients de densité ou de tension superficielle et sont l'expression de la conversion d'énergie chimique en énergie mécanique. Quand la tension superficielle est à l'origine de ces mouvements, les effets correspondants sont connus sous le nom d'effet Marangoni. Ils jouent un rôle dans de nombreuses applications comme les procédés industriels d'extraction en amplifiant notablement la vitesse des processus de transfert. Les systèmes réels, trop complexes, doit être simplifiés par le développement de systèmes modèles afin d'établir au niveau fondamental la théorie sous-jacente à de telles dynamiques. Une succession de régimes dynamiques est observée lors de la dissolution d'une goutte de dichlorométhane (DCM) déposée sur une solution aqueuse de tensioactif (bromure de céthytriméthylammonium, CTAB). La succession remarquable de formes et de mouvements induits est déterminée par la concentration du tensioactif qui joue le rôle de paramètre de contrôle. A faible concentration en CTAB, un mouvement de translation ou des pulsations. Aux concentrations plus élevées, la goutte entre en rotation ou forme des structures polygonales. Bien que chimiquement simple, le système est complexe et implique plusieurs processus physico-chimiques : évaporation, solubilisation, transfert de tensioactifs, adsorption aux interfaces et agrégation. Les effets thermiques et de transport qui en résultent sont à l'origine des variations locales de tension interfaciale donnant lieu aux effets Marangoni. Nous nous sommes concentrés sur le comportement de la goutte quand la concentration en tensioactif conduit au régime de pulsation. Nous avons tout d'abord analysé le comportement de la goutte pendant la période d'induction qui précède le régime instable. L'analyse de la forme de la goutte corrélée à des mesures d'Imagerie par Vélocimétrie de Particules (PIV), ont montré que les flux créés par la dissolution du DCM limitent dans un premier temps l'adsorption du CTAB à l'interface eau/huile. L'instabilité ne démarre que lorsque la dissolution est réduite et que l'adsorption devient effective. La phase d'induction apparait comme une transition lente entre un coefficient d'étalement négatif (goutte ayant la forme d'une lentille) vers un coefficient d'étalement positif qui entraine l'expansion du film et les pulsations suivantes. Ces pulsations sont accompagnées par l'éjection de gouttelettes qui se forment à partir d'un bourrelet apparaissant au bord du film pendant la phase d'expansion. La rupture de ce bourrelet ressemble au phénomène connu sous le nom d'instabilité de Rayleigh-Plateau (RP). Cependant, la longueur d'onde caractéristique de formation des gouttelettes est deux fois plus faible que celle attendue dans le cas d'une instabilité de RP classique. L'origine de cet écart réside dans la modulation du bourrelet avant sa rupture. Cette modulation est en fait déterminée par des ondulations apparaissant à la surface du film et formant des rides en direction radiale. Ces rides pourraient être attribuées à un effet Marangoni thermique connu sous le nom d'instabilité de Bénard-Marangoni. Elles jouent également un rôle important dans la formation de la structure de démouillage hautement organisée décrite dans le dernier chapitre. L'ajout de CTAB dans la phase organique (goutte) donne lieu à des oscillations plus rapides qui, après une phase d'expansion de grande amplitude et l'éjection d'une couronne parfaite de gouttelettes, résultent lors de la phase de démouillage en une structure dont la forme rappelle une fleur. Une interprétation qualitative permettant d'identifier les principaux processus à l'œuvre et basée sur des mesures indépendantes de tension interfaciale apporte une explication des pulsations observées et de l'auto-organisation induite. / Far-from-equilibrium systems exhibit a wide variety of spatial and temporal patterns known as dissipative structures. The interplay between physico-chemical processes and mass or heat transfer can give rise to spatio-temporal structures induced by convective flows. These flows may result from density or surface tension gradients. They are the expression of the conversion from chemical into mechanical energy. When surface tension is the driving force, the corresponding effects are known as Marangoni effects. They are at play in numerous applications as extraction processes, oil recovery, and chemical reactors at all scales and noticeably modify transfer rates. The complexity of real systems deserves the development of model systems, essentials to settle, on a fundamental level, the theory governing the related dynamics. A succession of dynamical regimes is observed during the dissolution of a dichloromethane drop deposited on aqueous solutions of a cationic surfactant (cetyltrimethylammonium bromide, CTAB). The remarkable range of shapes and motion patterns that emerges is related to the surfactant concentration, which is used as a control parameter. For low surfactant concentrations, we observe translational motion and pulsations of the drop. At intermediate concentrations the drop transforms and starts to rotate. At higher concentrations polygonal shapes are observed. Although chemically simple and of easy implementation, the system is relatively complex and involves several processes: evaporation, solubilization, surfactant mass transfer, interfacial adsorption and self-aggregation. Thermal and transport effects induced are at the origin of local variations of interfacial tension leading to the Marangoni flows. In this thesis, we focused on the behavior of the dichloromethane drop when the aqueous surfactant concentration (0.5 mM) leads to the pulsating regime. At this concentration, we have first analyzed the behavior of the drop during the induction period that precedes the instable regime. Drop shape analysis, correlated to Particle Image Velocimetry (PIV) measurements, showed that dissolution flows initially hinder adsorption of CTAB at the water/oil interface. The instability is only triggered when dissolution is reduced and water/oil adsorption becomes effective. The induction period appears as a slow transition from an initial negative spreading coefficient (a lens shape drop) towards a positive spreading coefficient that triggers film expansion and following pulsations. These pulsations are accompanied by the ejection of smaller droplets which are formed from a toroidal rim that is created during the expanding phase of the drop. The break-up of this toroidal rim, resembles to what is known as the Rayleigh-Plateau (RP) instability. Nevertheless, the observed characteristic wavelength is a factor of 2 too small in respect to the classical RP instability. We have found the origin of this discrepancy in the fact that modulations that appear on the rim before it transforms into droplets are settled by deformations arising at the surface of the expanding film. They appear as wrinkles that form in the film and may be related to thermal Marangoni effects known as Benard-Marangoni instability. These wrinkles play an important part in the highly organized dewetting structure described in the last chapter of the thesis. The addition of CTAB also in the organic (drop) phase leads to faster pulsations which, after a very high amplitude expanding stage and the ejection of a perfect crown of droplets, result during the film receding stage in the formation of a pattern which symmetry is reminiscent of a flower. A qualitative interpretation aimed at identifying the main processes at play and based on independent surface tension data gives a consistent explanation of the observed pulsations and related self-organized patterns.

Dans certaines conditions, une baisse significative de la taille des gouttes se produit en émulsification membranaire avec vibrations transversales. Pour comprendre les mécanismes impliqués, nous avons développé deux dispositifs expérimentaux, dans lesquels une goutte unique est formée à travers un capillaire dans une phase externe, qui est soit stationnaire, soit en écoulement. Le capillaire peut être mis en vibration parallèlement à son axe.Lorsque la phase externe est stationnaire, au-delà d’une amplitude seuil de forçage, la taille des gouttes formées diminue significativement. La goutte entre en résonance quand sa fréquence propre coïncide avec la fréquence de forçage et elle se détache si elle atteint une élongation critique. La goutte est modélisée comme un oscillateur harmonique linéaire forcé. Un terme d’amortissement additionnel décrit la dissipation visqueuse entre la goutte et la surface du capillaire. Ce modèle prédit bien les amplitudes seuils et les diamètres de gouttes.Lorsque la phase externe s’écoule, nous avons étudié deux régimes de formation de gouttes, en goutte à goutte (dripping) ou à partir d’un jet (jetting). Expérimentalement, la transition du dripping au jetting se produit à un nombre de Weber interne seuil, dont la valeur dépend des nombres capillaire et d’Ohnesorge externes. Le jet se rétrécit (narrowing) ou s’élargit (widening) selon le rapport de vitesses des phases choisi. En dripping, les diamètres de gouttes sont bien prédits par un bilan des moments. En jetting, un modèle basé sur l’équation du mouvement permet d’estimer la vitesse critique permettant la transition au jetting et les diamètres de gouttes résultants. / In transversally vibrating membrane emulsification, significantly smaller drops are generated in certain conditions. We aim to explain the mechanisms involved. To do so, two experimental setups were developed. A single drop is formed from a nozzle into an outer phase, which is either stationary or cross-flowing. The nozzle can be submitted to axial vibrations.For a drop formed into a stationary phase, a transition in drop generation occurs above a critical forcing amplitude. Below the threshold, a large drop forms by dripping. Above the threshold, a drop detaches when its first eigenfrequency and the forcing frequency coincide. The drop then resonates and detaches once a critical elongation ratio is reached. We model a drop as a linearly forced harmonic oscillator and add an extra damping term to account for the viscous dissipation between the drop and nozzle surface. We well reproduce the threshold amplitudes and drop diameters.We also study drops generated into cross-flow. In dripping mode, drop diameters are described by a torque balance. At a critical inner Weber number function of the outer capillary and Ohnesorge numbers, a transition to jetting occurs. Jet widening or narrowing takes place depending on the phase velocity ratio. We propose a model to account for the transition to jetting based on the drop equation of motion. Overall, we adequately account for the jetting velocity and drop diameters, with discrepancies which were explained.

La goutte est une maladie inflammatoire particulièrement prévalente causée par la formation de dépôts articulaires et péri-articulaires de cristaux d’urate monosodique (UMS ou MSU) et dépendante de la cytokine interleukine-1β (IL-1β). En 2006, l’inflammasome NLRP3 a été montré comme nécessaire pour la maturation de l’IL-1β, in vitro, en réponse aux cristaux de MSU. Néanmoins, sa nécessité in vivo est un sujet de controverse. Mon travail de thèse a porté sur la caractérisation d’un modèle murin d’inflammation aiguë uratique et l’analyse de la contribution des inflammasomes dans cette pathologie. J’ai d’abord montré que notre modèle par injection sous-cutanée de cristaux de MSU donne lieu une forte inflammation des tissus mous comme cela est souvent observé lors des crises de goutte chez l’Homme. L’emploi de souris invalidées génétiquement et d’inhibitions pharmacologiques m’a permis de décrire son indépendance vis-à-vis de plusieurs composants des inflammasomes et confirme le rôle majeur de l’IL-1β. De manière intéressante, j’ai ensuite montré qu’il est possible de réduire fortement l’inflammation dans ce modèle par un traitement topique à base d’imiquimod (crème ALDARA®), un ligand synthétique de TLR7. Des expériences réalisées in vivo et in vitro m’ont permis de relier l’effet de l’imiquimod à une baisse importante de l’Il1b au niveau transcriptionel, via une signalisation faisant probablement intervenir les interférons de type I et possiblement le facteur RUNX3. Mes données montrent donc que la production d’IL-1β, dans ce modèle, est visiblement indépendante de NLRP3 mais peut être fortement abaissée par l’application topique d’imiquimod. L’imiquimod pourrait ainsi représenter une piste thérapeutique attractive. / Gout is a prevalent inflammatory disease caused by the deposition of monosodium urate crystals (MSU) in articular/periarticular areas, which strongly depends on interleukine-1β (IL-1β). In 2006, the NLRP3 inflammasome has been shown to perform IL-1β maturation in vitro after MSU crystal exposure. However, its in vivo dependence is still matter of controversy. In my thesis project, I focused on the characterization of a murine acute uratic inflammation and analysed the contribution of inflammasome components. I first showed that the subcutaneous injection of MSU crystals in mice generate a strong soft tissue inflammation as observed in human gouty crises. Then, by using genetically-modified mouse lines and pharmacological inhibitions, I demonstrated that this model is inflammasome-independent, while still requiring IL-1β secretion. Interestingly, I observed that the topical application of imiquimod (ALDARA® cream), which is a synthetic TLR7 ligand, strongly dampens inflammation. In vivo and in vitro experiments further demonstrated that this effect is linked to reduced Il1b gene expression, which linkely involves type I interferon signaling and eventually the transcription factor RUNX3. Altogether, my results show that IL-1β production is NLRP3-independent in this mouse model but can be strongly decreased by topical application of imiquimod. Therefore, imiquimod might be an attractive therapeutic option for gouty patients.

L’évaporation du carburant injecté dans une chambre de combustion est un phénomènecrucial dans un foyer aéronautique car elle détermine la quantité de vapeur qui sera ensuite brûléepour fournir de l’énergie au moteur. Cependant, ce phénomène reste mal décrit du fait desdifficultés de mesurer expérimentalement les taux d’évaporation des gouttes appartenant à unbrouillard. D’autre part, les hypothèses des modèles théoriques ne sont toujours pas représentativesdes conditions rencontrées dans les foyers de combustion.La thèse s’inscrit dans une démarche visant à étudier l’évaporation d’un groupe de gouttesdans un écoulement turbulent au moyen de la Simulation Numérique Directe (SND). En effet, lorsde l’évaporation de groupes de gouttes, des effets collectifs peuvent influer sur le taux d’évaporationde chaque goutte ou sur le taux d’évaporation global du nuage de gouttes. L’approche SNDpermet de quantifier précisément ces effets afin d’améliorer les modèles actuels d’évaporation.Dans un premier temps, des algorithmes ont été développés et utilisés dans une configuration1D sphérique pour décrire l’évaporation d’une goutte statique isolée et sans gravité. Puisdans un second temps, l’évaporation d’une goutte a été étudiée dans un écoulement laminaire.Une analyse des échanges de chaleur entre la goutte et le milieu extérieur ainsi que de la force detraînée exercée par l’écoulement laminaire sur la goutte a été effectuée. Dans cette partie, il a étémis en évidence que l’évaporation induit une diminution des échanges thermiques et de la traînée.Il a notamment été observé que dans certains cas de forte évaporation, la traînée de la gouttepeut devenir négative. Cela implique que l’évaporation peut être à l’origine d’un phénomène depropulsion de la goutte. Une analyse théorique permet de lier ce comportement à une asymétriedu débit d’évaporation. Dans un troisième temps, l’influence de la turbulence sur l’évaporationd’une goutte a été étudiée. Pour cela, un générateur de fluctuations turbulentes a été implémentéet des techniques de calculs parallèles ont été introduites pour réduire le temps des calculs. Celaa permis d’analyser les échanges thermiques et le comportement de la traînée d’une goutte eninteraction avec un écoulement turbulent. Il a été montré que ces deux grandeurs ont tendanceà être amplifiées par la turbulence. Enfin, dans un dernier temps, l’évaporation de groupes degouttes a été étudiée. Pour trois groupes de gouttes différents, les déplacements des gouttes ontété analysés avec les échanges de chaleur lorsque ceux-ci sont placés dans un écoulement laminaireou turbulent avec ou sans changement de phase. En présence d’évaporation, il a été mis enévidence que les déplacements sont différents des cas sans évaporation et donc que le changementde phase modifie les effets collectifs. De plus, ces effets de groupes ont aussi été observés sur leséchanges thermiques. / The vaporisation of injected fuel in a combustion chamber is a crucial phenomenon inan aeronautical motor because it determines the vapour quantity which will be burned to bringenergy to the motor. Still, this phenomenon is not well understood due to the difficulties tomeasure on experiments vaporisation rates of injected sprays. Moreover, hypothesis of theoriticalmodels are not representatives of conditions encountered in combustion furnaces.The thesis take place in an effort to analyse the evaporation of droplet groups in a turbulentflow by mean of Direct Numerical Simulation (DNS). Indeed, during droplet group evaporation,collective effects can modify single droplet rates of vaporisation and the group global rate ofvaporisation. The DNS approach should allows to quantify precisely this effect and leads to animprovement of actual models of evaporation.Firstly, algorithms are developped and used in a 1D spherical configuration to describe theevaporation of a single static droplet without gravity. Secondly, the vaporistion of a droplet in alaminar flow has been studied. The analysis focus on heat exchanges between the droplet and theexternal environment as well as the force exerced on the droplet by the laminar flow. In this part,it has been highlighted that the evaporation induced a decrease in thermal exchanges and drag.In some cases of strong evaporation, the drag of the droplet has been observed to be negative.It means that the evaporation can cause a propulsion phenomenon of the droplet. A theoriticalanalysis allows to link this behaviour to an asymetry of the vaporisation rate. Thirdly, a studyof the turbulence influence on the evaporation of a droplet has been carried out. A generator ofturbulent fluctuations has been implemented and parallel approaches have been introduced toreduced computational time. It allowes to analyse thermal exchanges and drag behaviour of adroplet interacting with a turbulent flow. The analysis showed that theses two variables increasewith turbulence. Lastly, the evaporation of groups of droplets has been studied. For three differentgroups of droplets, trajectories of droplets have been analysed with heat exchanges when they areput in a laminar or a turbulent flow with or without phase change. In presence of evaporation,the analysis pointed out that trajectories were different from cases whitout evaporation and sothat phase change modifies collective effects. Moreover, these collective effects have also beenobserved on thermal exchanges.

Le rôle des communautés de bactéries est essentiel dans les écosystèmes, mais aussi dans l’industrie, l’agriculture ou le secteur de la santé. La structure de ces communautés accroit leurs applications potentielles par rapport aux bactéries isolées. Si manipuler et faire évoluer une souche bactérienne est devenu courant, il n’existe pourtant pas de technologie permettant de cultiver, manipuler, sélectionner et en faire évoluer des communautés. Ce travail de thèse concerne la conception, le développement et la caractérisation d’un outil pouvant y aboutir en millifluidique digitale. Avec cet outil nous manipulons un millier de cultures de bactéries sous la forme de gouttes incubées et analysées en continu, et dont nous souhaiterions diriger l’évolution. La dérive génétique, les flux géniques, la diversification et la sélection sont les quatre agents de l’Évolution qui fixèrent les quatre axes de ce travail. La conservation des diversités spécifiques à une culture et entre elles conditionne la conception de notre outil. Son utilisation implique des échanges entre cultures que nous avons caractérisés. Nous avons créé un protocole permettant d’évaluer la diversité de ces cultures, et donc de les discriminer pour mieux les sélectionner. Nous avons finalement conçu un système permettant d’automatiser leur sélection artificielle : leur évolution dirigée est à portée de main. / The role of bacterial communities is essential in ecosystems, but also in the industry, agriculture and human health. Communities’ structure increases their potential applications unlike isolated bacteria. While the culture and engineering of a bacterial strain has become common, currently no technology exists to allow cultivation, handling, selection and evolution of bacterial communities. This work focuses on the design, development and characterization of a tool which can perform evolution of communities using digital millifluidics. With this tool, we handle one thousand cultures of bacteria in drops incubated and analyzed continuously, and the evolution of which we would like to manage. The genetic drift, the genic flows, the diversification and the selection are the four agents of the Evolution which fixes the four axes of this work. The preservation of the diversities, specific to a culture and between them, affect the design of our tool. Its use involves exchanges between cultures which we characterized. We created a protocol allowing to estimate the diversity of these cultures, and thus to discriminate them for robust selection. We finally conceived a system automating their artificial selection: their directed evolution is within easy reach.

Réussir à contrôler la morphologie et la taille de particules solides obtenues par précipitation est un enjeu industriel majeur. C’est notamment le cas dans l’industrie nucléaire pour le recyclage du combustible usé. Les caractéristiques des précipités sont liées aux conditions de mélange des phases liquides dans les procédés. Les corrélations entre les paramètres physiques des particules obtenues et les conditions hydrodynamiques n’ont pas été examinées jusqu’à présent. Dans cette étude, des systèmes expérimentaux originaux, basés sur la coalescence de deux gouttes, sont utilisés afin de mieux comprendre les liens entre hydrodynamique et réaction de précipitation. Deux configurations de gouttes aqueuses ont été investiguées, la première consiste en deux gouttes posées à fort angle de contact (>90°) dans l’huile, il s’agit d’un système modèle pour les gouttes en émulsion, la second configuration correspond à deux gouttes posées à faible angle de contact (>25°) dans l’air. Dans chaque cas, une espèce réactive est dissoute dans chaque goutte, à savoir de l’acide oxalique ou du nitrate de cérium dans la seconde. Lorsque les deux gouttes se touchent, elles peuvent éventuellement coalescer, alors les espèces chimiques se mélangent et réagissent pour produire un précipité d’oxalate de cérium. Les caractéristiques de ce précipité et ses effets sur l’hydrodynamique sont examinés en fonction du solvant utilisé. De plus, dans le cas des gouttes posées sur une surface de silice dans l’air, une différence de tension de surface entre deux gouttes crée un gradient qui génère un flux de Marangoni dirigé de la goutte de faible tension de surface au-dessus de la goutte de forte tension de surface. En jouant sur la différence de tension de surface entre les deux gouttes, et ainsi sur le flux de Marangoni, il est possible de modifier les conditions hydrodynamiques lors de la coalescence des gouttes. Des mélanges eau/diols ont été utilisés comme solvant afin de pouvoir modifier la différence de tension de surface entre les liquides des deux gouttes indépendamment de leur concentration en réactif. Les diols utilisés, le 1,2-propanediol et le 1,3-propanediol sont des isomères, ils sont la même densité, des viscosités semblables mais des tensions de surface différentes. En fixant la fraction volumique d’eau dans le solvant, et en jouant sur les fractions volumiques de chaque diols, il est possible de contrôler la tension de surface des mélanges sur une gamme de 10 mN/m pour une concentration en réactifs donnée, et en conservant la densité et viscosité des solvants. Trois régimes de précipitation ont été identifiés dans le cas de la coalescence de gouttes d’eau/diols/réactifs en fonction de l’excès oxalique. Les motifs de précipitation en découlant ont été imagés par microscopie optique et les différents précipités ont été caractérisés à l’aide de microscopie confocale, MEB, DRX et SAXS. Le régime intermédiaire présente des motifs périodiques surprenants. Ces motifs correspondent à des domaines nettement délimités d’oxalate de cérium de différentes morphologies, à savoir des aiguilles et des « microflowers ». L’obtention de tels motifs peut s’expliquer par un mécanisme de rétroaction entre convection, réaction et diffusion. / The size and morphology control of precipitated solid particles is a major economic issue for numerous industries. For instance, it is interesting for the nuclear industry, concerning the recovery of radioactive species from used nuclear fuel. The precipitates features, which are a key parameter from the post-precipitate processing, depend on the process local mixing conditions. So far, the relationship between precipitation features and hydrodynamic conditions have not been investigated. In this study, a new experimental configuration consisting of coalescing drops is set to investigate the link between reactive crystallization and hydrodynamics. Two configurations of aqueous drops are examined. The first one corresponds to high contact angle drops (>90°) in oil, as a model system for flowing drops, the second one correspond to sessile drops in air with low contact angle (<25°). In both cases, one reactive is dissolved in each drop, namely oxalic acid and cerium nitrate. When both drops get into contact, they may coalesce; the dissolved species mix and react to produce insoluble cerium oxalate. The precipitates features and effect on hydrodynamics are investigated depending on the solvent. In the case of sessile drops in air, the surface tension difference between the drops generates a gradient which induces a Marangoni flow from the low surface tension drop over the high surface tension drop. By setting the surface tension difference between the two drops and thus the Marangoni flow, the hydrodynamics conditions during the drop coalescence could be modified. Diols/water mixtures are used as solvent, in order to fix the surface tension difference between the liquids of both drops regardless from the reactant concentration. More precisely, the used diols, 1,2-propanediol and 1,3-propanediol, are isomer with identical density and close viscosity. By keeping the water volume fraction constant and playing with the 1,2-propanediol and 1,3-propanediol volume fractions of the solvents, the mixtures surface tensions differ up to 10 mN/m for identical/constant reactant concentration, density and viscosity.Three precipitation behaviors were identified for the coalescence of water/diols/recatants drops depending on the oxalic excess. The corresponding precipitates patterns are visualized by optical microscopy and the precipitates are characterized by confocal microscopy SEM, XRD and SAXS measurements. In the intermediate oxalic excess regime, formation of periodic patterns can be observed. These patterns consist in alternating cerium oxalate precipitates with distinct morphologies, namely needles and “microflowers”. Such periodic fringes can be explained by a feedback mechanism between convection, reaction and the diffusion.

La microfluidique à goutte a connu un essor remarquable ces dix dernières années. Pourtant, la dynamique de ces objets reste largement inexplorée et incomprise. En effet, une question aussi fondamentale que de prédire la vitesse d'une goutte poussée par une phase porteuse à vitesse imposée, est restée jusqu’à ce jour, sans réponse. Comprendre la dynamique d'une goutte suppose de caractériser les dissipations visqueuses (friction) au sein de la goutte et dans le film de lubrification. Ces dissipations visqueuses sont étroitement liées à la forme et aux propriétés physico-chimiques de l'interface séparant l'intérieur de la goutte de la phase externe. Ce manuscrit présente une caractérisation de la dynamique d’une goutte 2D en cellule de Hele-Shaw en exploitant la double mesure du film de lubrification par microscopie interférentielle et de la vitesse de la goutte. Dans un premier temps, nous étudions expérimentalement la forme adoptée par l'interface en fonction de la viscosité de la goutte et de la concentration en tensioactifs. La comparaison des topographies expérimentales mesurées avec des modèles théoriques déjà existants et un nouveau développé dans ce manuscrit, révèle que l'utilisation d'une approche purement hydrodynamique (sans effet Marangoni) pour déterminer la topographie théorique n'est en mesure de reproduire la topographie expérimentale que lorsque le système ne présente pas de tensioactif ou bien lorsque la viscosité de la goutte est suffisamment importante pour prendre le pas sur d'éventuels effets Marangoni à l'interface. Dans les autres cas, la forment de l'interface évolue en fonction de la contrainte de Marangoni qui peut s'exercer localement ou globalement à l'interface. Dans un deuxième temps, l’établissement d’un modèle théorique pour la vitesse de la goutte, basé sur la modélisation des topographies de films expérimentales mesurées, permet de retrouver quantitativement, et sans paramètre d'ajustement, les vitesses de goutte mesurées expérimentalement. / Droplet microfluidics is a growing field of research. However, the dynamics of these objects remain misunderstood. Indeed, a question as fundamental as predicting the droplet velocity while pushed by an external fluid at a given velocity is still not answered. Understanding the dynamics of a droplet requires to characterize the viscous dissipation mechanisms (friction) within the droplet and in the lubrication film. This dissipation is related to the shape and to the physicochemical properties of the interface separating the inner phase of the droplet from the outer phase. This thesis presents a characterization of the dynamics of 2D droplets in a Hele-Shaw cell, by taking advantage of the double measurement of the lubrication film by interference microscopy and of the droplet velocity. Firstly, we study experimentally the influence of the droplet viscosity and surfactant concentration on the shape of the interface. The comparison between the topographies measured experimentally with the theoretical models already existing and the new one developed in this thesis, reveals that the use of a purely hydrodynamical approach in order to derive the theoretical topography only allows to recover the experimental topography if the system is surfactant free or if the droplet viscosity is high enough to overcome the Marangoni effect at the interface. In the other cases, the shape of the interface depends on the Marangoni stress exerted either locally or globally at the interface of the droplet. In a second part, the derivation of a theoretical model for the droplet velocity, based on the modeling of the lubrication film topographies measured experimentally, allows to recover quantitatively, and without any fitting parameter, the experimental data on droplet velocities.