Soutenance de thèse de Patric MANTAROPOULOS

Résumé de la thèse

Les bulles observées lors de la vaporisation de l'eau à pression subatmosphérique (entre 0,7 et 3 kPa) se comportent de manière très atypique, en comparaison au cas atmosphérique. En effet, dans un environnement subatmosphérique, la pression hydrostatique est de l'ordre de la pression de travail et n'est donc pas négligeable. Cette particularité a deux conséquences majeures : premièrement, l'environnement de croissance des bulles est non-homogène en raison du gradient de pression vertical -- engendrant lui-même un gradient vertical de la température de saturation au sein du liquide. D'autre part, certaines propriétés thermophysiques de l'eau dans ces gammes de pression sont très différentes de leurs valeurs à pression atmosphérique : la masse volumique de vapeur, notamment, est environ 75 fois plus faible à 1 kPa que dans le cas atmosphérique. Ces spécificités impactent fortement la dynamique de croissance des bulles et mènent généralement à l'observation de bulles de plusieurs centimètres de diamètre ayant une forme non sphérique, évoquant un champignon. De plus, la présence de parois très rapprochées produit également des effets d'écrasement non négligeables liés au confinement sur la dynamique de ces bulles et des perturbations d'interface peuvent être observées lors de leur croissance. Dans un canal vertical confiné partiellement rempli de liquide, la croissance d'une bulle est suivie de la rupture de son interface suite à son interaction avec la surface libre. La croissance et l'éclatement de la bulle forment, sur les parois du canal, un film liquide généré par dépôt pendant la croissance et projection de gouttelettes après l'éclatement. Il a été montré précédemment que la vaporisation de ce film liquide est à l'origine de la majorité des transferts thermiques avec le fluide secondaire (utilisé pour fournir l'énergie nécessaire à la vaporisation). Ainsi, la maximisation de la surface de ce film permettrait la maximisation de la surface d'échange de chaleur par évaporation et donc l'amélioration des transferts thermiques. L'objectif de cette thèse est d'approfondir la compréhension de la dynamique de croissance et d'éclatement des bulles de vapeur dans ce canal et leur impact sur le mouillage par génération du film liquide. Pour réaliser cette étude, un programme de traitement d'images automatisé a été développé dans le but d'exploiter les enregistrements par caméra rapide haute résolution, obtenus lors d'une campagne expérimentale antérieure. La mesure des quantités physiques caractérisant la bulle et le film liquide a ainsi pu être réalisée, permettant une étude phénoménologique de la croissance et de l'éclatement des bulles. Les perturbations d'interface comme la digitation ou les fronts d'évaporation, observées dans certaines conditions, ont également été classifiées et analysées (la digitation en particulier, utilisant les résultats d'une nouvelle campagne expérimentale). Pour évaluer l'impact de la dynamique de croissance des bulles sur la formation du film, des nombres sans dimension ont été utilisés afin de réaliser une analyse préliminaire des forces en présence à l'instant de la rupture. Enfin, l'impact spécifique du phénomène de digitation a été évalué par une étude paramétrique.

Composition du jury

Jocelyn Bonjour, Professeur, INSA de Lyon

Nadia Caney, Maître de Conférences, Université Grenoble Alpes

Benoit Stutz, Professeur, Université Savoie Mont Blanc

Samuel Siedel, Maître de Conferences, Grenoble INP

Pascal Tobaly, Professeur, Université Paris 13, Directeur de thèse

Florine Giraud, Maître de Conférences, Cnam, Co-encadrante de thèse

Brice Tremeac, Maître de Conférences, Cnam, Co-encadrant de thèse