Etude expérimentale de la solidification d’une goutte d'eau

La compréhension et la prévision des phénomènes de givrage sont un enjeu majeur de l’industrie. En cas de conditions givrantes favorables, avant d’avoir l’autorisation de décoller les avions doivent passer par une étape de dégivrage. Ce dégivrage se fait par pulvérisation d’un liquide contenant du glycol. Cette obligation entraîne un cout financier pour les compagnies aériennes, des délais pour les passagers et un impact environnemental. C’est pourquoi l’industrie aéronautique innove dans la création de nouvelles surfaces (peinture, micro-structuration de surface) et aussi dans l’utilisation de nouvelles techniques de dégivrage. Cette thèse s’inscrit dans le programme ANR ICEWET (projet national dont cinq partenaires font partis, quatre laboratoires de recherche ITODYS, MSC, LMFA et IMFT et un industriel AIR- BUS innovation). Ce projet vise a mieux comprendre les problématiques de givrage au sol en tenant compte des conditions environnementales et des conditions de mouillage. L’originalité de ce projet est de s’intéresser au givrage au travers de la problématique de la surface. Ainsi les différents partenaires s’intéressent a l’étude de nouvelles techniques de dégivrage (ondes acoustiques de surface), au développement de nouvelles surfaces et a la caractérisation du rôle de la ligne de contact et de l’environnement sur le givrage. En particulier a l’IMFT on cherche a améliorer la compréhension du givrage sur des systèmes réalistes a l’aide d’études numériques et expérimentales. Ces études couplées visent a améliorer la modélisation et donc la prédiction du givrage. Cette thèse expérimentale a pour but de faire une étude paramétrique des phénomènes influents sur le givrage. L’étude paramétrique permet de déterminer l’importance sur le givrage de divers paramètres physique tels que la température de l’environnement, la surface de contact, le rôle de l’humidité de l’air ou encore les conditions de mouillage. Les expériences sont menées dans une enceinte climatique permettant de réguler la température et l’humidité a pression ambiante. Le principe est alors d’observer le givrage au travers d’une goutte d’eau d’une dizaine de microlitres posée sur un substrat dont on peut contrôler la température. Différents substrats modèles sont utilises afin de faire varier les conditions de mouillage, ainsi que des surfaces aéronautiques réelles avec la possibilité d’incliner le substrat. L’observation se fait a l’aide d’une camera ce qui permet de quantifier la cinétique du givrage. Les différents facteurs pouvant influencer le givrage d’une goutte sont alors isoles un a un pour déterminer leurs importances. On montrera ainsi que la solidification est un phénomène relative- ment reproductible qui dépend de l’humidité relative de l’air. En fin de solidification une pointe se forme. On montrera que plus l’humidité relative est importante plus l’angle de la pointe est important. On proposera également un modèle 2D de dilatation afin de mieux prédire la forme de la goutte au cours de la solidification. On montrera que solidification de petites gouttes sur un substrat incline n’est que peu influencée par l’inclinaison. On retrouvera des cinétiques comparables dans les cas inclines et horizon- taux. De même l’angle forme par la pointe est comparable dans ces deux situations. On fera aussi les mêmes observations pour des gouttes non axisymétriques et formant une ligne de contact complexe avec le substrat.