Nous proposons ici un nouveau système, une mousse stimulable par la lumière : un stimulus UV permet de déclencher une déstabilisation rapide et locale d'une mousse pourtant stable à la lumière ambiante. Cette mousse est constituée d'un tensio-actif photo-stimulable synthétisé au laboratoire. Sa queue hydrophobe, contenant un groupe azobenzène, change de conformation de façon réversible par application de stimulus UV et bleu. Tout d'abord, cette étude prouve que les deux formes isomères du tensio-actif (cis et trans) ont une affinité très différente pour l'interface eau-air. On démontre qu'alors le stimulus lumineux génère un flux de désorption de tensio-actifs à l'interface. Ce flux à l'échelle moléculaire se répercute ensuite à toutes les échelles de la mousse photo-stimulée : 1. Sur une interface eau-air, le stimulus modifie fortement l'adsorption du tensioactif. Ainsi la tension de surface peut être finement contrôlée par l'intensité lumineuse. 2. Sur un film de savon mince (épaisseur h<100nm), les interactions électrostatiques sont modifiées par le stimulus en quelques secondes. Ainsi l'épaisseur du film devient instable et apparaissent des objets que l'on caractérise. 3. Enfin, dans un réseau de quelques films de savon, des écoulements de Marangoni s'avèrent assez importants pour s'opposer au drainage des films. Leur dynamique est déterminée par les flux de désorption des tensio-actifs et contrôlée par l'intensité. 4. Finalement, la description des flux à ces différentes échelles permet de discuter de la déstabilisation rapide à l'échelle de la mousse, mais également de mieux comprendre le ralentissement local du drainage observé sous UV.

Considérant une particule isolée, la différence principale entre un colloïde actif et un colloïde passif réside dans le temps de persistance du régime balistique. La transition du régime balistique vers le régime diffusif est déterminée dans les deux cas par des coefficients de friction ou de manière équivalente par des coefficients de diffusion. Le mouvement d’une particule colloïdale passive micrométrique est diffusif lorsqu’il est observé sur des intervalles de temps d’au moins une microseconde, suffisamment longs pour que la direction de la quantité de mouvement soit rendue aléatoire par des collisions avec les molécules de solvant. A l’échelle macroscopique ces collisions se traduisent par un coefficient de friction de translation. Pour une particule colloïdale active, un mouvement diffusif est observé pour des intervalles de temps de plusieurs secondes, suffisamment longs pour que la direction d’auto-propulsion soit rendue aléatoire par la diffusion rotationnelle de la particule.Dans cette thèse, nous étudions le mouvement d’une particule colloïdale active déposée à la surface de l’eau. Des particules Janus aux propriétés catalytiques ont été préparées par dépôt de platine métal à la surface de particules de silice. La profondeur d’immersion des particules ainsi que leur orientation par rapport à la surface de l’eau ont été caractérisées et discutées en tenant compte des propriétés de mouillage non-uniformes de la surface des particules Janus. Le mouvement de particules isolées en présence de quantités variables d’eau oxygénée utilisée comme source d’énergie, a été enregistré par vidéo-microscopie optique et les trajectoires analysées en termes de déplacement carré moyen et de fonction d’auto-corrélation des vitesses. L’observation de deux types de trajectoires, rectilignes et circulaires, révèle la force effective ainsi que le couple induit par la décomposition catalytique de l’eau oxygénée à la surface de la particule Janus. Le résultat principal de ce travail est que le mouvement des particules actives confinées à l’interface persiste plus longtemps dans le régime balistique que celui de particules actives totalement immergées en solution. Ceci est dû au confinement qui réduit le nombre de degrés de liberté de rotation mais aussi aux conditions de mouillage partiel qui font apparaître des contributions supplémentaires à la friction de rotation. / At the single-particle level, the main difference between active colloids and passive ones is the time scale over which the motion crosses over from ballistic to diffusive regime. In both cases, friction coefficients or equivalently diffusion coefficients determine this time scale. For instance, the motion of a passive colloid of 1m radius is diffusive when observed over lag times longer than a microsecond, once the direction of its momentum has been randomized by collisions with solvent molecules. At the macroscopic scale these collisions are accounted for by the translational friction coefficient. For an active colloid the effective diffusive behavior observed over lag times larger than few seconds results from the randomization of the direction of self-propulsion by rotational diffusion. In this thesis we investigated the motion of an active Janus colloid trapped at air-water interface. Spherical catalytic Janus colloids have been prepared through the deposition of platinum metal at the surface of silica particles. Immersion depth of the Janus colloid as well as their orientation with respect to the water surface, has been characterized and interpreted in terms of the non-uniform wetting properties of the Janus particles. The motion of the active Janus colloids in the presence of various concentration of hydrogen peroxide H2O2 as fuel was characterized by video microscopy and the trajectories analyzed through the mean square displacement and the velocity autocorrelation function. The types of trajectories, directional and circular ones that we observed in our experiments, revealed the effective force and torque induced by the catalytic decomposition of H2O2. At the water surface, active colloids perform more persistent directional motions as compared to the motions performed in the bulk. This has been interpreted as due to the loss of degrees of freedom resulting from the confinement at interface and also to the partial wetting conditions that possibly bring new contributions to the rotational friction at interface.

Ce travail porte sur l'étude expérimentale et théorique du comportement des gouttelettes d'eau (instabilité, déformation, coalescence), déposées à la surface d'un isolateur composite haute tension, en présence d'un champ électrique. La déformation des gouttelettes d'eau est étudiée en fonction de plusieurs paramètres tels que le volume, le nombre et la conductivité des gouttelettes ainsi que leurs positions par rapport aux électrodes. Un intérêt particulier est porté à la charge accumulée sur la surface d'une gouttelette. L'influence des gouttelettes sur la répartition du champ électrique ainsi que le facteur d'amplification du champ électrique par une méthode numérique sont étudiés. Une formulation mathématique de la déformation d'une gouttelette d'eau posée sur une surface d'isolateur est développée. Les mécanismes ainsi que les paramètres impliqués dans la coalescence d'une paire de gouttelettes d'eau sous l'effet du champ électrique sont également traités. Un modèle mathématique permettant d'analyser la coalescence d'une paire de gouttelettes d'eau posées sur la surface d'un isolateur en présence du champ électrique est proposé. Ce modèle est basé sur une approche à interface diffuse qui consiste essentiellement en un couplage entre les équations de Navier-Stokes, le calcul de la force électrique et une équation de type Cahn-Hilliard décrivant l'évolution de l'interface en prenant en compte les phénomènes de tensions superficielles. La démarche suivie et les résultats présentés dans ce travail ouvrent de multiples perspectives tant d'un point de vue expérimental que d'un point de vue de la modélisation et de la simulation numérique des phénomènes physiques intervenant sur des isolateurs de lignes de transport et de distribution de l'énergie électrique dans des conditions d'humidité (pluie, rosée ...).

Ce travail porte sur l’étude expérimentale et théorique du comportement des gouttelettes d’eau (instabilité, déformation, coalescence), déposées à la surface d’un isolateur composite haute tension, en présence d’un champ électrique. La déformation des gouttelettes d’eau est étudiée en fonction de plusieurs paramètres tels que le volume, le nombre et la conductivité des gouttelettes ainsi que leurs positions par rapport aux électrodes. Un intérêt particulier est porté à la charge accumulée sur la surface d’une gouttelette. L’influence des gouttelettes sur la répartition du champ électrique ainsi que le facteur d’amplification du champ électrique par une méthode numérique sont étudiés. Une formulation mathématique de la déformation d’une gouttelette d’eau posée sur une surface d’isolateur est développée. Les mécanismes ainsi que les paramètres impliqués dans la coalescence d’une paire de gouttelettes d’eau sous l’effet du champ électrique sont également traités. Un modèle mathématique permettant d’analyser la coalescence d’une paire de gouttelettes d’eau posées sur la surface d’un isolateur en présence du champ électrique est proposé. Ce modèle est basé sur une approche à interface diffuse qui consiste essentiellement en un couplage entre les équations de Navier-Stokes, le calcul de la force électrique et une équation de type Cahn-Hilliard décrivant l’évolution de l’interface en prenant en compte les phénomènes de tensions superficielles. La démarche suivie et les résultats présentés dans ce travail ouvrent de multiples perspectives tant d’un point de vue expérimental que d’un point de vue de la modélisation et de la simulation numérique des phénomènes physiques intervenant sur des isolateurs de lignes de transport et de distribution de l’énergie électrique dans des conditions d’humidité (pluie, rosée ...). / This work is devoted to experimental and theoretical study of the behavior of water droplets (instability, deformation, coalescence), located on the surface of a high voltage composite insulator, in presence of electric field. The deformation of droplets is investigated according to several parameters such as volume, number and conductivity of the droplets as well as their positions with respect to the electrodes. A particular interest is focused on the electric charge accumulated on the droplet surface. The droplet influences on the electric field distribution as well as the amplification factor of the electric field are studied by a numerical method. A mathematical formulation of the deformation of water droplet located on a surface of insulator is developed. The mechanisms as well as parameters involved in coalescence of a pair of water droplets under the electric field stress are also investigated. A mathematical model is developed for analyzing the coalescence of a pair of water droplets sitting on the surface of an insulator in presence of the electric field. It is based on a diffuse interface model that essentially consists of a coupling between Navier-Stokes equations, the computing of electric force and a Cahn-Hilliard type equation describing the interface evolution including capillary phenomena. The approach followed and the results presented in this work open several perspectives as well from an experimental point of view as from a point of view of modeling and numerical simulation of physical phenomena affecting insulators of high voltage transport and distribution lines in humidity conditions (rain, dew...).

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

La première partie de cette thèse est une étude expérimentale de l'adsorption de complexes polyélectrolytes/tensioactifs de charge opposée à l'interface eau-air à l'aide la tensiométrie, l'ellipsométrie et l'observation de drainage de films de savon. Ces complexes peuvent former des globules hydrophobes s'adsorbant en des couches épaisses et hétérogènes, aux temps de réarrangement très longs. La structure et l'épaisseur des couches dépend fortement du ratio des concentrations tensioactif/polyélectrolyte et de l'hydrophobie du tensioactif, qui permettent de modifier l'affinité des complexes pour la surface. De plus, la masse moléculaire du polyélectrolyte contrôle la taille des complexes formés. La deuxième partie traite de la rhéologie de surface en cisaillement et en dilatation de ces couches de complexes. Les mesures montrent la formation de gels physiques mous de surface. Enfin, nous présentons les détails de la construction d'un viscosimètre magnétique de surface.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal