Dans la galvanisation à chaud, les aciers sont protégés contre la corrosion par une mince couche de zinc obtenue par immersion dans un bain d’alliage de zinc. Avant ce processus, les tôles d'acier subissent un recuit de recristallisation afin d'éliminer l’écrouissage après laminage à froid. Les conditions de recuit utilisées réduisent le film d'oxyde de fer natif, ce qui favorise la mouillabilité de la surface de l'acier par le zinc liquide. Cependant, les nouveaux aciers à haute résistance contiennent des quantités importantes d'éléments d’addition, tels que le silicium et le manganèse. Ces élements diffusent à la surface de l'acier pendant le recuit de recristallisation et forment des particules ou des films d'oxyde par oxydation sélective externe. Si le fer pur est bien mouillé par le zinc liquide, ces oxydes ne le sont pas et leur présence à la surface peut entraîner des défauts dans le revêtement final.Pour étudier l'influence de la taille et de la distribution des oxydes sur le mouillage par le métal liquide, nous avons étudié un mouillage non réactif du plomb liquide sur une surface hétérogène texturée Fe / silice en utilisant la technique de chute de goutte.Ces surfaces ont été conçues par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma, suivi d'un procédé photolithographique.Après l'impact, la goutte s'étend jusqu'à son diamètre d'étalement maximal. S’ensuit une phase de recule de la goutte. Pendant son recul, la goutte est plus ou moins retenue, en fonction du taux de couverture de silice, sur le fer pur: phénomène d’accrochage-glissement. Sur les surfaces à faible teneur en silice, ce phénomène entraîne une déformation de la forme de la goutte qui est plus allongée dans un sens et quelquefois à la division de la goutte.Il a été démontré que le mouillage est affecté principalement par la fraction de surface de la silice.Enfin, nous avons modélisé les différentes phases de l'étalement de la goutte sur ces surfaces hétérogènes. Des modèles de littérature ont été revus et adaptés et nous avons proposé des modèles macroscopiques de l'oscillation de la goutte pendant son étalement. / In hot-dip galvanizing, steel sheets are protected against corrosion by a thin layer of zinc obtained by immersion in a zinc alloy bath. Before this process, the steel sheets undergo recrystallization annealing to eliminate stresses after cold-rolling. The annealing conditions used reduce the native iron oxide film, which promotes the wettability of the steel surface with liquid zinc. However, new high-strength steels contain significant quantities of addition elements, such as silicon and manganese. These elements diffuse on the surface of the steel sheets during recrystallization annealing and form oxide particles or films by selective external oxidation. If pure iron is well wet with liquid zinc, these oxides are not and their presence on the surface can lead to defects in the final coating.To study the influence of oxide size and their distribution on liquid metal wetting, we studied a non-reactive wetting of liquid lead on a heterogeneous Fe / silica textured surface using the dispensed technique.These surfaces were designed by plasma-assisted chemical vapour deposition followed by a photolithographic process.After impact, the drop extends to its maximum spreading diameter. This is followed by a phase of drop receding. During this, the drop is more or less retained, depending on the silica coverage rate, on the pure iron: stick-slip motion. On surfaces with low silica content, this phenomenon causes a deformation of the drop shape which is more elongated in one direction and sometimes at the division of the drop.We showed that wetting is mainly affected by the surface fraction of silica.Finally, we modelled the different phases of drop spreading on these heterogeneous surfaces. Literature models were reviewed and adapted and macroscopic models of the oscillation of the drop during its spreading were proposed.

L’extraction de matières premières du sol à des fins énergétiques (récupération assistée d’huile) et environnementales (dépollution des sols) fait l’objet de recherches intensives en lien avec des thématiques telles que la séquestration du carbone ou la fracturation hydraulique. L’objectif est de trouver des méthodes moins destructives, moins gourmandes en matériel et en énergie, mais aussi plus efficaces et moins coûteuses. Nous proposons d’étudier une méthode alternative aux moyens conventionnels avec l’utilisation de mousses aqueuses comme agent extracteur d’huile. Les mousses aqueuses sont souvent utilisées en présence d'huile : dans des applications quotidiennes comme la cosmétique et la détergence, mais aussi dans des domaines moins connus comme la décontamination des centrales nucléaires ou l’industrie pétrolière. Ainsi, des tensioactifs et du gaz sont couramment injectés dans le sol afin d'améliorer les procédés de récupération de pétrole. Nous explicitons deux mécanismes d'extraction que nous quantifions en termes d'efficacité et de stabilité. Tout d'abord, la mousse peut aspirer de l'huile en son sein, comme le ferait une éponge. Ensuite, lorsque celle-ci est mise en écoulement, elle peut entraîner de l'huile confinée dans la rugosité d'une surface par cisaillement. Notre étude s’appuie en particulier sur une analyse théorique et expérimentale, à la fois multi-échelle, statique et dynamique pour laquelle nous avons systématiquement fait varier les paramètres géométriques (configuration de l'huile, taille des bulles et fraction volumique de liquide dans la mousse) et physico-chimiques (tensions interfaciales, rigidité des interfaces entre bulles et viscosité) / The extraction of raw materials from the soil for energetical (enhanced oil recovery) and environmental purposes (soil remediation) is the subject of intense fundamental and applied research. This field is related to other important topics, such as carbon sequestration and hydraulic fracturing. The goal is to find fewer destructive, as well as energy and material-saving methods. These techniques should also be cost-effective and more efficient. To find a substitution to conventional means, we study an alternative method that puts aqueous foams on the map as the extraction material. Aqueous foams are often used in numerous daily applications, such as cosmetics and detergency, but also in less known fields, such as the decommissioning of nuclear power plants and the oil industry. Thus, surfactants and gas are commonly injected into the soil to improve the recovery processes of oil. We explain two extraction mechanisms that we quantify in terms of efficiency and stability. On one hand, the foam is able to absorb oil, similarly to a solid sponge. On the other hand, when a flow of foam is induced, the foam can entrain oil confined in the roughness of a surface by shearing the oil-water interface. Our work especially lies on a theoretical and experimental analysis, which is multiscale, static and dynamic. We systematically vary the geometrical parameters (oil configuration, bubble size and liquid fraction in the foam) and the physical and chemical parameters (interfacial tensions, interfacial rigidity and viscosity)

L’objectif de ce travail est de concevoir un outil d’atomisation adapté à la production de poudres de carburede tungstène dans l’entreprise Technogenia, située à Saint-Jorioz (74). Plus généralement, nous avons étudiéune nouvelle conception d’atomiseur rotatif pour lequel les surfaces d’atomisation sont orientées selon un angled’incidence non nul. Une telle orientation permet alors d’exploiter de façon plus efficace la fréquence de rotationde l’atomiseur ainsi que les forces de centrifugation et de Coriolis. A partir de cette base de réflexion, troisgéométries de surface d’atomisation ont été étudiées : des surfaces lisses, des surfaces pourvues de structurationsde long de leur bord de fuite et des surfaces matricées de perforations.Les différents modes de déstabilisation des écoulements liquides ont été observés grâce à l’acquisition de vidéosultra-rapides des différentes étapes de l’impact d’une goutte unique sur les différentes géométries de surfacesd’atomisation étudiées. Les processus d’atomisation peuvent ainsi varier entre la rupture de jets liquides régulierscausée par des instabilités de type Rayleigh-Plateau et la rupture de nappes liquides causée par des instabilitésde type Rayleigh-Taylor et/ou l’initiation de perforations au coeur des nappes et films liquides. Les vidéos dessprays aqueux ainsi que l’observation au microscope des poudres métalliques nous permettent de caractériser lessprays produits. Sur l’ensemble de nos expériences nous observons que la finesse de l’atomisation s’améliore àmesure que la fréquence de rotation augmente ; ce qui constitue l’objectif prioritaire du procédé développé dans lathèse. Cependant, les surfaces texturées, certes compatibles avec les liquides classiques (aqueux ou organiques),ne le sont plus avec les contraintes induites par du métal à haute température de fusion, tel le carbure detungstène fondu objet de la thèse. En conséquence, seules les surfaces lisses sont aujourd’hui retenues et fontl’objet de développements dans le cadre de la production de poudres métalliques au sein de Technogenia. / The aim of this work is to design a spray tool for the production of tungsten carbide powder for the companyTechnogenia, located in Saint-Jorioz (74). Thus, we have studied a new design of rotary atomizer based onatomization surface oriented at a non-zero incidence angle. Such an orientation can then allow to use moreeffectively the rotation frequency of the atomizer and the centrifugal and Coriolis forces. From this base reflection,three geometries of atomization surface were studied : smooth surfaces, surfaces with serrated structurationsalong their trailing edge and multi-perforated surfaces.The different destabilization modes of liquid flows were observed through high-speed videos of the different stagesof the single drop impact on each atomization surfaces. The atomization process can thus vary between liquid jetbreakup caused by Rayleigh-Plateau instabilities and liquid sheet breakup caused by Rayleigh-Taylor instabilitiesand/or initiating of holes in liquid films or sheets. Videos of aqueous sprays and microscopic observation of metalpowders allow us to characterize sprays. On all of our experiments, we observe that the atomisation gets better(producing finer spray), as the frequency of rotation increases. Although the textured surfaces are compatiblewith usual liquids (aqueous or organical), they can’t stand the constraints imposed by metal with a high meltingtemperature such as tungsten carbide, the object of this thesis. Therefore, only the smooth surfaces are nowthe subject of an industrial development to produce metallic powder with Technogenia company.

Cette thèse expérimentale porte sur des impacts de gouttes en caléfaction, aussi appelée régime Leidenfrost. Dans ce cas, la goutte est isolée thermiquement et mécaniquement du substrat surchauffé par une fine couche de vapeur. On s'affranchit ainsi de la friction visqueuse. Les substrats présentent des textures micrométriques localisées. On retrouve un régime autosimilaire d'étalement aux temps courts. On caractérise des régimes de recouvrement d'un défaut ponctuel par la goutte. Ces régimes sont dictés par l'épaisseur de lamelle par rapport à celle du défaut. Les défauts génèrent des excroissances dans leur sillage dont la dynamique peut être approchée selon deux modèles inertio-capillaires ; l'un valable aux temps courts, l'autre aux temps plus longs. En présence de plusieurs défauts, on fragmente la lamelle depuis plusieurs sites selon le ratio entre largeur des défauts et épaisseur de la lamelle. On simule par un algorithme de pavage le motif final sur lequel le fluide se concentre à la fin de la fragmentation. Grâce à des rugosités plus complexes on peut canaliser l'étalement de la goutte. On exacerbe alors l'étalement maximal dans l'axe des canaux. On peut aussi inhiber l'étalement par des textures circulaires. Les rugosités affectent le temps avant rebond de la goutte. On exhibe une dépendance générale unique entre temps avant rebond et étalement maximal. La dépendance est valable lorsque les textures exacerbent l’étalement, aussi bien que lorsqu’elles l’inhibent / The presented work deals with drop impacts in Leidenfrost regime. In such a case, the drop is thermally and mechanically isolated from the overheated substrate by a thin vapor layer. Viscous friction can therefore be neglected. The substrates are shaped with localized micrometric textures. We rediscover a self-similar spreading regime at short times. We characterize covering regimes of a single defect by the drop. Those regimes are driven by the ratio between lamella thickness and defect thickness. Defects give rise to excrescences in their wake, whose dynamic can be approached by two inertial-capillary recoil models. One is valid at short times and the other at longer times. In the case of several defects, we break up the lamella from different sites according to the ratio between defect width and lamella thickness. We numerically predict, with a tessellation algorithm, the pattern on which the fluid is localized at the end of the fragmentation. Through more complex textures, we can channel the drop spreading. The spreading is increased in the directions of the channels. One can also inhibit the spreading with circular textures. The textures affect the time before drop rebound. We exhibit a general and unique dependency between time before rebound and maximal spreading. This dependency is valid when textures increase the spreading as well as when they inhibit it

Les surfaces texturées sont devenues, ces dernières années, des substrats de choix pour de nombreuses applications. En effet, la texturation des surfaces, de l'échelle nanométrique à l'échelle microscopique, permet d'accroître les propriétés d'adhérence ou de renforcer la résistance mécanique intrinsèque. Dans ce travail de thèse nous proposons une étude sur l'influence des textures chimiques sur le comportement tribologique, adhésif et sur la mouillabilité des substrats. Dans le premier chapitre, on propose une stratégie de micro-texturation des surfaces basées sur la technique de microcontact-printing et le greffage de chaînes de polymères de géométries/formes contrôlées. En outre, on a notamment étudié de manière approfondie la mouillabilité des surfaces texturées afin de comprendre les effets de diminution de taille des textures sur le comportement adhésif. Dans les expériences d'adhésion et frottement, un dispositif de type JKR (pour Johnson, Kendall et Roberts), une machine de frottement et une FFM ont été utilisés permettant d'observer le contact entre une sphère élastique et une pointe rigide avec un plan texturé tout en contrôlant la force entre les surfaces. En outre l'utilisation de ces différentes approches ne nous a pas finalement donné des explications satisfaisantes sur les mécanismes agissant sur les phénomènes interfaciaux. De ce fait, l'utilisation du démouillage de films minces de PS et de PDMS sur des surfaces texturées nous as permis de suivre l'évolution de l'instabilité du bourrelet à l'interface. Enfin, dans le dernier chapitre, nous avons étudier les différents aspects prédominants des phénomènes interfaciaux sur des surfaces homogènes / Micro and Nanoscale surface patterns are considered as potential templates and building blocks for Micro/nanotechnology. As for materials in general, these micro /nano-scale surface structures have been of increasing research interest in recent years, due to their unique properties. They are expected to exhibit novel and significantly improved physical, chemical, mechanical and other properties, as well as to offer opportunities for manifestation of new phenomena and processes. In the present PhD work, we propose a multiple scale analysis of the adhesion, friction and wetting behaviors for different patterned interfaces. In a first chapter, we developed a general methodology to design well-defined surfaces combining micro-contact printing (µCP), self-assembled monolayers (SAMs) and polymer grafting techniques. Then we study the wettability of a patterned solid surface. Where, the stick-slip regime, and the effect of the patterning at the mesoscale was investigated. Furthermore, we concentrate on the dependence of adhesion and friction between a polymer and a rigid tip on the composition of the patterned substrates using a JKR, FFM and friction machines. Intriguingly, the uses of these approaches did not provide us with a clear answer to our bewilderment. Therefore, in the third chapter, we adopted the approach of the dewetting of thin polymer film on top of patterned surfaces. We study the impact of the solid/liquid boundary condition on the evolution of the rim instability during the course of dewetting. The last chapter details the investigation of the predominant aspect between the chemistry introduced on the surface and the mechanical proprieties of the substrate