Les interactions entre les interfaces liquide/liquide et liquide/solide interviennent dans de nombreux domaines et procédés industriels. Cependant, ces interactions ont été très peu étudiées par le passé. Nous nous concentrons ici sur le drainage spontané de solutions aqueuses de sel ou de tensio-actifs pressées entre une goutte d'huile et une surface en verre. Expérimentalement, une goutte d'huile est immergée dans de l'eau et approchée d'une surface solide ; le film d'eau pressé résultant draine et adopte une forme “dimple” due au gradient de pression. Par la suite, le film d'eau relaxe vers son épaisseur uniforme d'équilibre.Les profils d'épaisseur spatio-temporels du film sont mesurés par microscopie d'interférences en réflexion. Nous avons étudié la dynamique de drainage ainsi que l'état d'équilibre du système en présence de sel et/ou de tensio-actifs. Tout d'abord, nous réalisons une description quantitative de l'ensemble de la dynamique de drainage. Trois régimes sont identifiés pour une solution aqueuse d'électrolyte : un régime dominé par la pression capillaire, un second mixte décrit par les pressions capillaire et de disjonction, et un troisième dominé par la pression de disjonction. Ces régimes sont modélisés dans le cadre de l'approximation de lubrification. En particulier, le rôle de la pression de disjonction est étudié avec précision dans la limite de la portée des interactions électrostatiques. Nous déduisons des lois analytiques simples permettant de décrire la dynamique de drainage, découplant ainsi les effets des pressions des effets géométriques. Par ailleurs, nous montrons que l'ajout de tensio-actifs ne modifie pas qualitativement les régimes de drainage, à l'exception de concentrations supérieures à la concentration micellaire critique. En effet, à de très faibles épaisseurs, l'huile mouille alors partiellement le solide, ralentissant ainsi le drainage de l'eau piégée au centre du dimple.Nous mesurons la condition aux limites à l'interface eau/huile. Nous confirmons ainsi l'effet Marangoni, mentionné dans la littérature, résultant du gradient de concentration d'espèces (impuretés ou tensio-actifs) adsorbés à l'interface. Nous montrons que l'interface eau/huile est en général de type solide et donc que la vitesse tangentielle est nulle à l'interface. Cependant, pour des concentrations faibles en espèces adsorbées, nous mettons en évidence pour la première fois un contre-courant à l'interface eau/huile résultant de l'approche de la goutte et d'une cinétique lente d'adsorption des tensio-actifs.Par la suite, nous nous concentrons sur l'état d'équilibre du système, soit par mouillage de l'huile sur le solide, soit par formation d'un film d'eau homogène stable. Dans le cas d'un film d'eau stable, l'équilibre résulte d'une égalité entre la surpression dans la goutte et la pression de disjonction du film. En variant le rayon de la goutte, nous montrons qu'il est possible de mesurer l'évolution de la pression de disjonction avec l'épaisseur du film. Cette évolution peut être entièrement décrite par les interactions entre les interfacées chargées. Pour de grandes surpressions de goutte, ou de petites longueurs de Debye, l'huile mouille le solide. Nous montrons que la dynamique de mouillage dépend fortement de la concentration en tensio-actif lorsqu'elle est inférieure à la concentration micellaire critique. La vitesse de la triple ligne de contact peut varier de quatre décades. Nous attribuons ces comportements à l'adsorption du tensio-actif aux interfaces eau/huile et eau/verre, et en particulier à la possible formation de monocouches ou bicouches sur le solide. / The interactions between liquid/liquid and solid/liquid interfaces are involved in many industrial processes and fields. However, they have been poorly studied in the past. We focus here on the spontaneous drainage of aqueous solutions of salt or surfactants squeezed between an oil drop and a glass surface. Experimentally, an oil drop immersed in water is driven towards a solid surface; the resulting squeezed water film drains and adopts a dimple shape due to the pressure gradient, and further relaxes to its equilibrium uniform thickness. The thickness profile of the film is measured in space and time by reflection interference microscopy. We have studied both the drainage dynamics and the final equilibrium state reached by the system in presence of salt and/or surfactants. First, we quantify and provide a full description of the drainage dynamics. Three regimes are identified in an aqueous electrolyte: a capillary dominated regime, a mixed capillary and disjoining pressure regime, and a disjoining pressure dominated regime. These regimes are modeled within the lubrication approximation, and the role of the disjoining pressure is precisely investigated in the limit of thicknesses smaller than the range of electrostatic interactions. We derive simple analytical laws describing the drainage dynamics, thus providing tools to uncouple the effect of the film geometry from the effects of the disjoining or capillary pressures. We show that the addition of surfactants does not qualitatively modify the drainage regimes, except at concentrations larger than the critical micellar concentration and very small film thicknesses in which the oil can partially wet the solid, thus slowing down the drainage of the remaining trapped water. In addition, we provide measurements of the boundary condition at the oil/water interface. We confirm the role of Marangoni flows, suggested in the literature and resulting from concentration gradients of species (impurities or surfactants) adsorbed at the interface. We thus show that a solid-like, no-slip boundary condition is generally met at the oil/water interface. However, for low concentrations in adsorbed species, we evidence for the first time a reverse flow at the interface resulting from the approach of the drop and the slow adsorption kinetics of surfactants. In a second part, we focus on the equilibrium state reached by the water film, i.e. either wetting of the solid surface by the oil drop or formation of a stable water film between the drop and the solid. In the latter case, equilibrium results from the balance of the capillary pressure in the drop and the disjoining pressure. By varying the droplet radius, we show it is possible to measure the variations of the disjoining pressure with the film thickness, and that they can be fully described by taking into account the interactions between the charged interfaces. For large capillary pressures or short Debye lengths, the oil wets the solid surface and we show the wetting dynamics is strongly modified depending on surfactant concentration below the cmc: the velocity of the oil/water/solid triple line varied over four decades. We ascribe the observed behaviors to surfactant adsorption at the oil/water and solid/water interfaces, and in particular to the possible formation of surfactant mono or bi-layers on the solid.

La plaisance et les loisirs nautiques en France représentent 4 millions d'usagers. On dénombre environ 450 000 embarcations actives et la filière économique du nautisme est, dans la branche des loisirs, l'une des plus florissantes. Dans ce contexte de développement de cette activité, lié à une demande sociale toujours plus forte d'accès aux loisirs nautiques, et à un intérêt marqué pour la mer, se posent les questions de l'accompagnement de l'activité, de son encadrement en termes d'aménagement du territoire, de la gestion des usages et de la protection des espaces et des écosystèmes.<br />A travers l'étude de la fréquentation touristique liée au nautisme dans les îles côtières métropolitaines, cette recherche propose une typologie des espaces insulaires prenant en compte les spécificités des îles et la multiplicité des activités de plaisance. Elle pose la problématique de la gestion de la fréquentation des espaces marins et terrestres et de la préservation des littoraux sensibles. L'archipel de Glénan, haut lieu du nautisme en France, a été choisi pour une analyse fine des pratiques plaisancières. Le plaisancier dans ses modes de fréquentation s'inscrit dans des logiques sociales (les pratiques), mais aussi techniques (liées à l'utilisation d'une embarcation), que la thèse développe dans leurs dimensions spatiale et temporelle. L'étude détaillée de la fréquentation a permis d'identifier les impacts environnementaux négatifs réels et potentiels de la plaisance sur le site des Glénan. Parmi les pratiques susceptibles de perturber les équilibres écologiques de l'archipel, le mouillage (sur corps-mort et à l'ancre) dans l'herbier de zostères a été retenu pour une analyse d'impact approfondie, suivant une approche pluridisciplinaire relevant de la géographie (étude de fréquentation, télédétection, systèmes d'information géographique) et de la biologie (observations et prélèvements in situ et approche expérimentale). L'étude montre le caractère contextuel des incidences anthropiques sur cet habitat et la plus grande capacité de l'herbier marin Z. marina à se reconstituer par rapport à son homologue Méditerranéen (Posidonia oceanica). Les résultats de la thèse contribuent à la connaissance d'usages encore mal appréhendés au regard de leur développement et à la compréhension des interactions Nature/Société sur les espaces littoraux dans la perspective d'une Gestion intégrée de la zone côtière.

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.

L'auteur présente une étude comportementale des milieux granulaires humides. Une première phase de caractérisation de tels milieux, couplant des aspects mécaniques et texturaux, aura pour ambition d'établir les bases d'une représentation schématique de l'état hydrique et textural d'un milieu granulaire. Cette représentation sera investie dans l'analyse du processus d'agglomération et permettra, grâce à une étude couplant des aspects hydro-texturaux et morpho-granulométriques, d'analyser les modifications subies par des milieux granulaires soumis à une opération de mouillage et de malaxage. Ces modifications seront analysées aux deux échelles du mélange : à l'échelle des agglomérats, il sera montré que la phase d'agglomération peut être envisagée comme un processus de type fractal ; à l'échelle globale du milieu, une phénoménologie de texturation en trois étapes sera mise en évidence. La dernière phase de ce travail consistera en une étude plus particulière des effets de contraintes vibratoires ou axiales sur le phénomène de texturation préalablement mis en évidence sur le milieu vrac. Il s'agira d'étudier dans quelle mesure ce type de contraintes (tassement, compactage), postérieure à l'élaboration du milieu, est susceptible de modifier l'allure du phénomène de texturation et de déterminer les facteurs susceptibles d'influer sur la succession des différentes phases de ce phénomène. L'étude des cinétiques de relaxation sous contraintes vibratoires permettra également de proposer un nouveau modèle de relaxation établi selon une approche mécanique.

Cette thèse étudie le rôle des forces de surface sur les transitions de mouillage. En particulier, la séquence de deux transitions de mouillage induites par la présence des forces de van der Waals à longue portée a été caractérisée précisément. Les singularités de l'énergie libre de systèmes (hexane / eau salée) ont été déterminées par une mesure directe des angles de contact par interférométrie. De plus, le diagramme de phase de mouillage global a été construit pour le système alcanes / solutions de glucose à l'aide de mesures ellipsométriques. Par aileurs, nous démontrons que la prise en compte des fluctuations de surface peut expliquer la persistence de la transition continue due aux forces à courte portée malgré la présence inévitable des forces à longue portée. Enfin, l'étude du confinement des fluctuations thermiques de volume dans un film de mouillage a été entamée durant cette thèse, il s'agit de l'analogue de l'effet Casimir pour le cas de systèmes critiques.

Alors que les phénomènes de mouillage aux petites échelles connaissent un regain d'intérêt soit théorique soit expérimental en vue de nouvelles applications, leur compréhension reste encore limitée. Dans ce contexte, ce travail a porté sur l'étude du mouillage de gouttes d'alcanes de taille nanométrique sur de surfaces "modèles" réalisées par auto-assemblage de monocouches organiques. Cela a demandé la mise au point d'une nouvelle technique de Microscopie à Force Atomique (AFM) en mode "non-contact" permettant d'imager, avec peu d'artefacts, des gouttes de taille variable condensées directement sur des surfaces solides. Nous avons montré ainsi que l'angle de mouillage des alcanes sur des surfaces silanisées, faiblement hétérogènes, diminue sensiblement à partir de sa valeur macroscopique lorsque la taille des gouttes devient submicronique. Dans ce système, régi par des interactions à longue portée purement dispersives, la tension de ligne est théoriquement trop faible pour être responsable de l'effet observé. Nous avons donc supposé que les hétérogénéités chimiques mésoscopiques du substrat affectent l'angle de mouillage lorsque la taille des gouttes devient suffisamment petite. Ce scénario a été validé par des simulations numériques basées sur un modèle simplié de la distribution de défauts du substrat. Des expériences similaires, réalisées sur des substrats différents (monocouches d'alcanethiols auto-assemblés sur or et de chaînes alkyles greffées sur silicium), ont aussi mis en évidence l'effet dominant des hétérogénéités physico-chimiques faibles du solide sur le mouillage aux petites échelles. Finalement, pour illustrer ultérieurement les potentialités de la technique AFM ici développée, nous avons étudié le mouillage de surfaces nano-structurées et la mouillabilité locale de la surface du cheveu.

Nous avons considéré trois expériences mettant en jeu des interfaces déformées. Nous étudions d'abord une colonne liquide oscillant sous l'effet de la gravité. Outre le comportement original de cet oscillateur ouvert, la géométrie de l'écoulement induit une perte de charge singulière dont nous proposons une expression. Puis nous considérons l'impact de gouttes dans un trou ou sur une fibre (motifs élémentaires d'une grille) et caractérisons la vitesse de capture des gouttes en fonction des dimensions des motifs. En complément, nous décrivons l'évolution d'une goutte posée sur une fibre conique. Enfin, nous nous intéressons à l'impact d'un jet de liquide sur un bain de même nature. Nous mesurons le rayon de courbure de l'interface air-liquide à l'endroit de l'impact et montrons qu'il décroît exponentiellement avec la vitesse. À grande vitesse, l'interface ne peut supporter ce degré de confinement élevé et une fine lame d'air, dont nous mesurons l'épaisseur, est entraînée dans le bain.

Cette thèse porte sur l' ́etude expérimentale des déformations générées par la tension de surface de certains liquides sur des membranes flexibles. Dans une première partie, nous montrons expérimentalement qu'il est possible de contrôler l'enrobage spontané d'une membrane flexible autour d'une goutte d'eau 'a l'aide d'un champ ́electrique. Si la tension augmente au delà d'une valeur critique la membrane s'ouvre. Cette transition est réversible, mais inclus une forte hystérésis. Nous proposons des lois d' ́echelle pour les tensions critiques d'ouverture et fermeture basées sur l'interaction des ́energies de tension de surface, ́elastique et du champ ́electrique. Dans la deuxième partie nous ́etudions les rides générées par la différence de tension de surface entre l'intérieur et l'extérieur de une couronne flexible flottant à la surface de l'eau. Nous avons estimé des critères simplifiés pour le seuil de flambage de la couronne et la longueur d'onde des plis, et nous avons ́egalement d ́etermin ́e l' ́evolution de la longueur des plis au delà du seuil. Dans la dernière partie de la thèse, nous ́etudions la morphologie de cascades de plis qui apparaissent dans différents systèmes lorsqu'une longueur d'onde est imposée sur une frontière, et ́evolue à la suite d' ́evénements discrets successifs de coalescence de plis. Des expériences ma- croscopiques nous permettent de caractériser les propriétés de ces cascades. Nous avons distingué deux régimes différents selon l'importance de la tension axiale. Nous avons vérifié que nos lois d'échelle permettent de décrire aussi bien des rideaux en tissu de plusieurs mètres de haut que des feuilles de graphène d'épaisseur atomique.

Ce manuscrit d'HDR regroupe dans une première partie certains de mes travaux sur la /mise en œuvre, la structure et la fonctionnalité à l'échelle nano de/macromolécules, colloïdes et nanoparticules aux surfaces et interfaces. Dans une deuxième partie, j'expose brièvement les directions que j'explore actuellement autours des surfaces fonctionnelles à partir de l'assemblage contrôlé de briques élémentaires organiques et/ou inorganiques et de texturation de surface à diverses échelles.