Formation de film homogène par coalescence de gouttes

De nombreux procédés industriels permettent le dépôt par voie liquide de revêtement qui peuvent protéger ou fonctionaliser des surfaces. Dans cette thèse, nous nous intéressons aux méthodes de dépôt sous forme de gouttes comme le spray ou l'impression jet d'encre. En mouillage partiel, l'obtention d'un film liquide continu à partir de de gouttes se fait par une succession d'événements de coalescence, de l'événement le plus élémentaire avec la coalescence de deux gouttes jusqu'à la fusion d'amas étendus. Pour comprendre les phénomènes impliqués, nous avons réalisé des expériences modèles de coalescence en mouillage partiel, pour un petit nombre de gouttes de volume et de position contrôlés. Pour cela nous avons tout d'abord mis en place un montage expérimental permettant de former et de déposer des gouttes avec un contrôle fin sur leur volume et leur position. Le montage expérimental a été automatisé en utilisant une imprimante 3D recyclée comme bras robotique. Nous avons donc pu réaliser des expériences modèles de coalescence et identifier les paramètres importants qui influencent le dépôt final. Ainsi, l'étude de la coalescence de deux gouttes a mis en lumière l'importance des conditions de mouillage et notamment de l'intensité de l'hystérésis d'angle de contact. En effet, l'existence d'une hystérésis peut bloquer le mouvement des lignes de contact et empêcher la rétraction du liquide après la coalescence. La géométrie finale dépendra alors de la valeur de l'hystérésis mais également des paramètres expérimentaux de l'expérience. Lors de la coalescence, un pont de liquide se forme entre les gouttes. Sa largeur suit une dynamique en deux temps avec d'abord un régime en puissance du temps puis une relaxation exponentielle jusqu'à l'état final. Le temps de relaxation est proportionnel à la taille des gouttes et dépend également du mouillage. Par ailleurs, nous avons montré que l'ajout d'asymétrie favorisait le retrait du liquide après coalescence. Dans ce cas, la petite goutte est absorbée, au moins partiellement, par la grosse. La dynamique de coalescence est alors plus rapide que dans le cas symétrique et l'asymétrie est conservée dans la géométrie de la goutte finale. De plus l'ajout d'une troisième goutte à la coalescence peut entraîner une rétraction du liquide en fonction de la taille des gouttes et de la distance les séparant. Enfin nous nous sommes intéressés à un cas appliqué plus proche des dépôts industriels en étudiant la dynamique et la géométrie finale de la coalescence d'un réseau de gouttes. Le suivi des événements de coalescence et de divers marqueurs géométriques du motif déposé est assuré par un code d'analyse d'image que nous avons développé.