Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique - UMR 5509

LMFA - UMR 5509
Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique
Lyon
France


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Équipe Phénomènes convectifs couplés

Études de stabilité de l’écoulement de films liquides multi-couches

Séverine Millet, Valéry Botton, Hamda Ben Hadid, Daniel Henry, J. Hu

Ce travail de recherche concerne l’étude des instabilités se développant dans les écoulements de films liquides multi-couches afin de préciser leur nature, leur domaine d’existence et leur seuil de déclenchement. Ce problème est représentatif de diverses configurations environnementales (mouvement des glaciers, transport de sédiments, écoulement dans les estuaires). Il trouve aussi de nombreuses applications industrielles dans le cadre de procédés de revêtement de surface et la fabrication de films multi-couches.

Dans un premier temps, dans le cadre du post-doc de J. Hu (Beijing, Chine), nous avons considéré des fluides newtoniens. Nous avons d’abord considéré un film à deux couches et étudié les effets des rapports de densité et de viscosité sur les instabilités qui se déclenchent. Dans une première approche, nous avons considéré les instabilités d’interface qui se déclenchent même en absence d’inertie et les avons étudiées dans l’approximation asymptotique des faibles inerties [A75]. Dans une deuxième approche, nous avons pris en compte l’effet d’inertie et vu son action sur les instabilités d’interface et de surface libre [A84]. Ces études nous ont permis de mettre en évidence un effet sélectif de la stratification en densité : elle favorise l’instabilité d’interface de grande longueur d’onde au détriment de celle de longueur d’onde finie, quelque soit le rapport des viscosités. Nous avons ensuite considéré la situation de Poiseuille-Rayleigh-Bénard en prenant en compte l’influence de l’effet Soret [A76]. Enfin, nous avons considéré une simple couche, mais sur un plan incliné chauffé avec prise en compte de l’effet Soret [A83]. Tous ces résultats ont été obtenus par approche de stabilité linéaire combinant approches temporelle, spatiale et spatio-temporelle.

Ensuite, dans le cadre de la thèse de S. Millet, nous nous sommes intéressés aux fluides non-newtoniens et avons implémenté un modèle de Careau dans un code de stabilité temporelle. Nous avons caractérisé l’influence du modèle non-newtonien sur les instabilités, instabilités de surface dans le cas d’une simple couche, instabilités de surface et d’interface dans le cas de deux couches. Dans le cas de deux couches, il a été montré que c’est la rhéologie de la couche inférieure qui a une influence prépondérante sur le déclenchement des instabilités [B17, B18, B19, B21].

Enfin, un montage expérimental sur les films mono-couche ou bi-couches de fluides de rhéologie variable est en cours de développement par V. Botton au sein de notre équipe.