Dans cette thèse, la dynamique d'évaporation de gouttes sessiles de solutions salines sur des surfaces planes inertes et métalliques a été étudiée et le phénomène de corrosion pour les surfaces ferriques caractérisé. En premier lieu, nous nous sommes intéressés à la dynamique d'évaporation de gouttes sessiles salées sur des surfaces inertes pour une large gamme de concentrations en sel, d'humidité relatives, de tailles de goutte et d'angles de contact. Notre étude révèle les domaines de validité du modèle classique d'évaporation, processus contrôlé par la diffusion de la vapeur dans l'air et met en évidence l'impact de flux (de Marangoni) induits par des gradients de concentration (tension de surface) en sel sur la dynamique d'évaporation et les dépôts salins obtenus après évaporation de la goutte. De plus, nous nous sommes consacrés à l'évolution spatio-temporelle de gouttes sessiles de solutions salines sur des surfaces métalliques. Contrairement au modèle simplifié de la goutte d'Evans, nous avons montré que le processus de corrosion s'étend aux abords de la ligne de contact, avec la formation d'un film périphérique. La ligne triple est déstabilisée par des gradients de tension de surface induits par des variations de composition ionique au cours du processus de corrosion et la migration des cations vers la périphérie de la goutte. Enfin nous avons étudié le phénomène de corrosion du métal induit par l'évaporation de gouttes sessiles salées. Le processus de corrosion, en particulier la localisation des réactions anodiques et cathodiques sur la surface métallique en contact avec la goutte est corrélée à la distribution spatiale du sel au sein de la goutte s'évaporant. / In this thesis we investigate the evaporation behaviour of sessile droplets of aqueous saline solutions on planar inert and metallic surfaces and characterise the corrosion phenomenon for iron surfaces. First we study the evaporation behaviour of sessile salty droplets on inert surfaces for a wide range of salt concentrations, relative humidities, droplet sizes and contact angles. Our study reveals the range of validity of the well-accepted diffusion-controlled evaporation model and highlights the impact of salt concentration (surface tension) gradients driven Marangoni flows on the evaporation behaviour and the subsequent salt deposit patterns. Furthermore we study the spatial-temporal evolution of sessile droplets from saline solutions on metallic surfaces. In contrast to the simple, generally accepted Evans droplet model, we show that the corrosion spreads ahead of the macroscopic contact line with a peripheral film. The three-phase contact line is destabilized by surface tension gradients induced by ionic composition change during the course of the corrosion process and migrations of cations towards the droplet perimeter. Finally we investigate the corrosion behaviour under drying salty sessile droplets on metallic surfaces. The corrosion process, in particular the location of anodic and cathodic activities over the footprint droplet area is correlated to the spatial distribution of the salt inside the drying droplet.

La maîtrise de la fabrication de films de suspension colloïdale par évaporation constitueencore à ce jour, un véritable verrou scientifique pour l’élaboration des matériaux. Le séchage desuspensions colloïdales entraine souvent des défauts de surface et de volume dans le film. Lorsque lesparticules sont molles, les films sont continus mais présentent des défauts de plissement de surface.Lorsque les particules sont dures (latex vitreux, silice..), le film se fissure et se délamine. Ces défautssont souvent liés aux contraintes résiduelles dans le gel à la fin du séchage qui sont dues à la pressioncapillaire causée par la déformation des ménisques d’eau à la surface des films. Par contre on neconnait pas encore l’échelle de taille où agit la contrainte ni la relation entre la contrainte et la périodedes craquelures.Dans ce travail de thèse, nous étudions la morphologie des craquelures dans des films dedivers mélanges de suspensions colloïdales, élaborés par séchage. Ces mélanges sont composés departicules dures (polystyrène et PBMA réticulés) et molles (PBA et PBMA). La structurenanométrique de ces mélanges est caractérisée par diffusion de neutron et par turbidité. Nousdisposons de mélanges avec diverses structures et divers états de dispersion. Certains mélangescontiennent des particules dispersées à l’échelle nanométrique (l’ordre de grandeur est celle de la tailledes particules - 50 nm) alors que d’autres contiennent des particules agrégées. L’étude de lamorphologie des craquelures est réalisée sur des gouttes sessiles avec séchage à la surface libre. Descraquelures radiales périodiques sont observées lors du séchage. Nous observons que la période descraquelures augmente avec l’augmentation de la fraction en particules molles et de la température maistoute en conservent la périodicité. Nous avons mis en évidence que le rapport : période des craqueluressur l’épaisseur des films λ/h est le seul paramètre qui décrit parfaitement la morphologie descraquelures pour un séchage au niveau d’une surface libre. Nous avons aussi démontré que ce rapportλ/h ne peut pas descendre au-dessous de 2 même dans le cas de particules vitreuses. Le séchage induitde fortes contraintes résiduelles dans le gel qui permettent à certaines fibres situées entre deuxcraquelures de délaminer radialement. Ce phénomène de délamination s’estompe avec la dissipationdes contraintes. Nous avons démontré que le modèle mécanique de Russel ne permet pas de décrire lapériode de craquelures loin de la contrainte critique. Nous proposons ainsi dans le cadre de notretravail, un autre modèle plus à même à caractériser la périodicité de ces craquelures. Nous avonsremarqué que les propriétés du substrat n'ont aucune incidence sur la morphologie des craquelures. Letaux d'évaporation modifie la morphologie des craquelures, où dans le cas d’un séchage rapide, onobtient des fibres décollées longues unidirectionnelles tandis que pour le cas d’un séchage lent, onassiste à la formation de craquelures non décollées avec apparition de craquelures secondairestransverses. / Controlling the production of colloidal suspension films by evaporation is still, nowadays, atruly scientific obstacle for materials development. The drying of colloidal suspensions leads often tosurface and volume defects in the film. When the particles are soft, films are continuous but haveseveral folding surface defects. However, when the particles are hard (glassy latex, silica,...), the filmtends to crack and to be delaminated. These defects are often associated with residual stresses in thegel at the end of drying, due to the capillary pressure caused by the water menisci deformation at thefilm surface. Nevertheless, neither the size scale where constraint acts nor the relation between stressand cracking time were known.In this thesis we present the study of cracks morphology observed in films of differentcolloidal suspension mixtures obtained by a drying process. These mixtures are composed of hard(polystyrene crosslinked PBMA) and soft (PBA and PBMA) particles. The nanometric structure ofthese mixtures is obtained through neutron scattering and turbidity studies. We have mixtures withdifferent structures and different states of dispersion. While some mixtures contain dispersed particlesat a nanoscale, with an order of magnitude same as the particles size - 50 nm, some others containaggregated particles. The study of cracks morphology is performed on sessile drops by drying at thefree surface. Periodic radial cracks are observed during drying. We also observe that cracks periodincrease with the increment of soft particles fraction and temperature, but keeping constant itsperiodicity. We have demonstrated that the ratio: crack period between film thickness, i.e. λ/h, is theonly parameter that describes perfectly cracks morphology for a drying process at a free surface. Wealso demonstrated that this relation (λ/h) couldn’t decrease below 2 even in the case of glassy particles.Drying process induces high residual stresses in the gel, allowing to some fibers located between twocracks to delaminate radially. This delamination phenomenon fades with dissipation constraints. Wehave also established that the Russel’s mechanical model does not describe the period of cracks nearthe critical stress. Therefore, in this work we propose another model able to characterize theperiodicity of the cracks. We noticed that the properties of the substrate did not affect cracksmorphology. The evaporation rate changes the morphology of cracks, which in the case of a quickdrying it is possible to obtain unidirectional long loose fibers. However, for a slow drying, we arewitnessing the formation of not protruding cracks with the apparition of secondary transverse cracks.

L’évaporation de gouttes de liquides contenant des particules non volatiles représente un phénomène largement présent dans la vie quotidienne, à l’image des traces laissées par le marc de café après séchage. L’étude de la morphologie des dépôts de particules présente un grand intérêt dans les domaines de la biologie et trouve de nombreuses applications dans l’industrie. De ce fait, elle a fait l’objet de nombreuses recherches durant les dernières décennies. Malgré les nombreuses récentes recherches sur les morphologies des dépôts de particules, les mécanismes les contrôlant restent encore non complétement expliqués. Certains facteurs influençant les morphologies des dépôts sont nombreux (température de substrats…) mais restent encore peu documentés dans la littérature. Cette étude expérimentale s’intéresse à l’influence de la température du substrat sur la morphologie des dépôts de nanoparticules après séchage de gouttes sessiles de liquides. L’augmentation de la température du substrat accélère le processus d’évaporation et entraine des morphologies de dépôts très différentes de celles obtenues sur des substrats à température ambiante. Dans cette étude, la microscopie combinée à la thermographie infrarouge et à l’interférométrie ont permis d’expliquer la dynamique de formation de dépôts. De plus, l’étude a permis d’analyser les effets d’autres paramètres sur la morphologie des dépôts, tel que la composition chimique du liquide composant les gouttes. / Evaporation of liquid droplets containing non-volatile solutes is an omnipresent phenomenon in daily life, e.g., coffee stains on solid surfaces. The study of pattern formation of the particles left after the evaporation of a sessile droplet has attracted the attention of many researchers during the past two decades due to the wide range of biological and industrial applications. Despite the significance of controlling the deposition morphology of droplets, the underlying mechanisms involved in pattern formation are not yet fully understood. There is a varied range of factors that affect the final deposition patterns and some, e.g., substrate temperature, are poorly studied in the literature. This experimental study investigates the effect of a wide range of substrate temperatures on the deposition patterns of nanoparticles from drying sessile droplets. Increasing substrate temperature and accelerating the drying process lead to the formation of the patterns not observed on non-heated substrates. This research elucidates the formation mechanisms of these patterns by optical microscopy, infrared thermography, and white light interferometry techniques. Furthermore, the combined effects of substrate temperature and other factors such as chemical composition of base fluid and particle size on the dried patterns are studied. The underlying mechanisms involved in the formation of the patterns influenced by the combined factors are also discussed and presented.