Solidification d'écoulements capillaires : ruisselets et gouttes d'eau

Dans cette thèse, nous étudions l'interaction entre l'écoulement d'une rivière capillaire, le ruisselet, et sa solidification au contact d'un substrat métallique incliné refroidi. Nous étudions d'abord les propriétés du ruisselet sur substrat non refroidi. Nous montrons l'existence d'un régime transitoire dans lequel une goutte principale dévale le substrat, laissant derrière elle un film liquide se rétracter vers une largeur d'équilibre que nous comparons avec les modèles théoriques. Ensuite, le substrat est refroidi en deçà de zéro degré. À son contact, l’étalement du ruisselet est modifié par la solidification en laissant derrière lui une trace de glace résultat du piégeage de la ligne de contact. Après le passage du ruisselet, l'eau, continuant de s'écouler, se rétracte sur la glace, témoignant l'imparfaite affinité des deux milieux. En quelques secondes, la largeur d'eau atteint une valeur fixe. La glace continue de croître, orthogonalement au substrat, et sa vitesse est dictée par l’égalité des flux de chaleur à travers l'eau et la glace. D'abord diffusive, la croissance de glace ralentit au cours du temps et converge, après plusieurs minutes, vers une épaisseur de glace fixée, signature d'un état stationnaire dans lequel l'eau s’écoule sans se solidifier. En accord avec nos prédictions théoriques tenant compte des transferts thermiques dans l'eau, la géométrie de la glace est linéaire selon l'abscisse du plan. Dans une partie connexe, nous étudions l'étalement d'une goutte d'eau au contact d'un substrat métallique refroidi. Nous montrons que l'arrêt de la ligne de contact est déterminé par la vitesse de croissance des cristaux de glace au contact du substrat.