This doctoral research was realized within the frame of the SMARTNET Project which aimed at developing coatings to improve the cleanability of stainless steel, targeting open surface applications. Throughout this thesis, the radial-flow cell was selected to study the removal of different soils due to its ability to generate well-controlled wall shear stress distributions on the investigated surfaces. Model surfaces were selected for their different physico-chemical and mechanical properties to study the interactions between the soils and the surfaces in detail. A thin layer chromatography sprayer giving a narrower and more reproducible droplet sizes distribution was preferred to mimic splashing and produce controlled spatters. The first experimental campaign involving oil droplets showed that the analytical models available to relate the detachment radius with the critical wall shear stress (minimal wall shear stress required for soil detachment) and the soil adhesion strength in the radial flow cell could only be applied for weakly adherent soils for which removal occurs below 3 Pa, due to the complex hydrodynamics near the inlet. Consequently, the flow inside the radial-flow cell has been characterized using computational fluid dynamics over the whole inlet laminar regime and validated experimentally. Studying the adherence of starch granule aggregates in the radial-flow cell revealed that the conversion of critical radius into critical wall shear stress may be biased when the adhering aggregate height is not negligible with respect to the channel height and when the adherence is such that flow rates above creeping flow conditions are required for soil detachment. The influence of several environmental factors and substrate properties was then examined to improve the understanding of the mechanisms affecting soiling and cleanability. By influencing droplet spreading and competition between capillary forces at the granule-substrate and granule-granule interfaces, substrate wettability affects the shape and compactness of the adhering aggregates, the efficiency of shear forces upon cleaning, and finally the adherence of soiling particles. Macromolecules originating from the starch granules suspension are adsorbed on the substrate from the liquid phase or carried by the retracting film and accumulated at the granule-substrate interface. They influence granule adherence by acting as an adhesive joint, the properties of which seem to be influenced by the detailed history of drying and exposure to humidity. On compliant substrates, the aggregate-substrate interactions induce stresses at the granule-substrate interface which may lead to substrate deformation and promote a more intimate contact between the granules and their substrate, thereby appreciably increasing adherence.

Les particules colloïdales transportées dans la zone non saturée du sol facilitent le transport des contaminants vers les eaux souterraines. Dans cette thèse, l'intérêt est porté sur la mobilisation in-situ et le transport des particules naturellement présentes dans des colonnes de sol non remaniées, et ceci sous des conditions non saturées d'écoulement. L'étude soulève la problématique de la disponibilité et de la possibilité de régénération ou d'épuisement du stock (« pool ») de particules mobilisables. L'objectif de la thèse est d'étudier l'évolution temporelle du stock de particules que ce soit pendant l'événement pluvieux ou pendant la durée d'interruption de pluie (la pause) qui sépare deux événements pluvieux successifs.<br><br>En s'appuyant sur les données expérimentales, un modèle de mobilisation et de transport préférentiel des particules dans des lysimètres (70 cm hauteur, 25 cm diamètre) a été élaboré. Le modèle utilise l'approche des ondes cinématiques dispersives pour décrire le transfert de l'eau, et l'équation convection dispersion avec un terme source/puit pour décrire la mobilisation et le transfert des particules. L'idée de base du modèle est de prendre en compte la possibilité d'une évolution temporelle du stock de particules mobilisables pendant l'événement pluvieux. Ceci est fait à travers une cinétique de détachement (source) de premier ordre ayant un coefficient de détachement variable avec le temps. Quant au terme puit, il est décrit par une cinétique d'attachement de premier ordre ayant un coefficient d'attachement constant avec le temps. Le modèle reproduit avec satisfaction les tendances des particulogrammes pour différentes conditions physico-chimiques expérimentales.<br><br>L'évolution temporelle du pool de particules mobilisables pendant la pause qui sépare deux événements pluvieux est étudiée expérimentalement. Ceci est fait en observant l'impact de la durée de pause sur la mobilisation ultérieure de particules. Pour cela, une large gamme de durées de pauses (allant d'une heure à un mois et demi) est essayée sur deux sols différents et avec deux forces ioniques et deux intensités de pluie différentes. Les pauses sont imposées dans un ordre croissant, régulier ou irrégulier. Les résultats montrent que la mobilisation de particules durant la pause dépend de sa durée. Le comportement de mobilisation observé est assez particulier : la masse de particules mobilisées par événement pluvieux augmente, passe par un maximum puis diminue pour des pauses croissantes. Les forces capillaires semblent être le mécanisme responsable de la mobilisation de particules durant la pause.<br><br>L'application du modèle de transport de particules sur tous les particulogrammes résultant de l'étude de l'effet de pause sur la mobilisation ont permis de lier le paramètre décrivant le détachement par accélération du flux d'eau à une condition expérimentale : la durée de pause.