Steinchen, Sanfeld, K Séfiane, D Beniell

1. - Activités de recherche

1.1. Etude de la dynamique des processus aux interfaces liquide-liquide.

Cette étude a été menée en collaboration avec le laboratoire de Physico-Chimie Appliquée des matériaux (ICFAM) du CNR de Gênes. Elle s’inscrit dans une Topical Team Microgravité de l’ESA. L’étude des transferts aux interfaces liquide-liquide se fait sur terre et en microgravité dans le module FAST développé par l’ICFAM. La modélisation théorique a été faite conjointement par le laboratoire de Thermo dynamique de Marseille et par I’ICFAM [5] 2.2. Rôle de la capillarité et des charges de surface dans les systèmes dispersés.

Les sciences de l’environnement sont très souvent confrontées au problème de la réactivité et la stabilité de très fines dispersions (brouillards, aérosols, émulsions, gels, sols). Ces systèmes finement dispersés sont aussi présents au voisinage des points critiques. Les études théoriques faites au sein de l’équipe modélisation en thermodynamique mettent en relief les effets capillaires et les effets électriques sur le comportement des fines dispersions, [18] et [19] 2.3. Etudes sur l’interaction champ-matière lors de l’évaporation de liquides polaires soumis au champ microonde.

Ce travail est fait en collaboration avec le Laboratoire de Réactivité des Solides de l’Université de Bourgogne (Pr. M. Lallemant et D. Stuerga). Il a pour but de mettre en évidence les instabilités de surface (Marangoni et Hickman) lors de l’évaporation de liquides polaires en présence de champ microonde ainsi que l’influence de la gravité sur ces instabilités [1], [2] et [7]

2.4. Rôle de l’effet Marangoni et du recul de la vapeur sur les phénomènes d’ébullition. Etude théorique en vue d’interpréter les observations expérimentales de L. Tadrist et al. (Lab. Transfert thermiques IUSTI U. Provence) et J. Straub et al. (U. München) publi. [4], [8], [9], [10], [16] et [17]. Un même mécanisme de la crise d’ébullition a été proposé en présence et en l’absence de pesanteur (cf. : thèse K. Séfiane, Marseille) [18]

2.5. Modélisation de la séparation par membranes.

Etude en collaboration avec l’équipe des Prs. F. Charbit et G. Charbit Laboratoire d’Etude des procédés membranaires [12], [13], [14] et [15].

2.6 Equations constitutives pour les interfaces

Approche de la thermodynamique des interfaces par intégration à travers la surface des équations de la mécanique des milieux continus publi [3]

2. - Contrat de Recherche

Le responsable du groupe a été de 94 à 97 responsable scientifique et coordinateur du Réseau Européen “DYNAMICS 0F MULTIPHASE FLOWS ACROSS INTER FACES”, projet regroupant 12 laboratoires Européens, contrat de 250000 ECU pour 30 mois (à partir du 1er octobres 94) dans le cadre d’un réseau Capital Humain Mobilité.

49 3. - Publications des 4 dernières années

[1] STEINCHEN A., LALLEMANT M. and STUERGA D. (1995), “Hydrodynamical Instabilities in Evaporating Liquids” in “Fluid Physics”, Eds. M.G. Velarde and C.I. Christov, World Scientific, London 250-264

[2] STUERGA D., LALLEMANT M., STEINCHEN A. and BERTRAND G., (1995), “Microwave heating and selection of hydrodynamic instabilities” in “Fluid Physics”, Eds. M.G. Velarde and C.I. Christov, World Scientific, London 259-265

[3] SANFELD A. and STEINCHEN A., (1996), “Surface excess momentum balances by integration across the surface of the volume balances” in “Dynamics of Multiphase Flows across Interfaces’, Ed. STEINCHEN A., Lecture Notes in Physics, 467, 28-37 [4] SEFIANE K. and STEINCHEN A., (1996), “Modelling 0f Transient Nucleate Pool

Boiling in Microgravity” in ‘Dynamics of Multiphase Flows across Interfaces”, Ed. A. STEINCHEN, Lecture Notes in Physics 467, 154-169

[5] LIGGIERI L., RAVERA F., PASSERONE A., SANFELD A. and STEINCFIEN A., (1996), “The capillary pressure method: a new tool for interfacial tension measurements” in “Dynamics of Multiphase Flows across Interfaces”, Ed. STEINCHEN, Lecture Notes in Physics 467, 179-189,

[6] CUADROS F., OKRASIINSKI W. and SANFELD A., “Dependence of the vapour- liquid equilibrium on the attractive intermolecular force” J. Chem. Phys., 104, 5594- 5599, (1996)

[7] STUERGA D., STEINCHEN A .and LALLEMANT M., (1996), “Microwave heating as a tool to couple Marangoni and Hickman instabilities”, in “Dynamics of Multiphase Flows across Interfaces”, Ed. STEINCHEN A., Lecture Notes in Physics 467, 231-243

[8] SEFIANE K. and STEINCHEN A., (1996), “Pool Boiling in Microgravity-A model of transient states of maximum heat flux”, Microgravity Science and Technology, VIII/3, 180-187.

Activité du groupe III : P. Seppecher

Ces recherches sont liées à l’étude des propriétés des interfaces. On sait que les énergies interfaciales sont le moteur principal de mouvements et d’instabilités dans des conditions de faible gravité. Les recherches décrites ici se situent en amont de cette problématique et approfondissent la modélisation des interfaces considérées comme des couches de faible épaisseur. Ces couches ne peuvent être décrite par la mécanique des fluides classiques. Elles sont fort bien décrites par le modèle de Cahn-Hilliard ou par des modèles voisins dont une propriété commune est de posséder une longueur intrinsèque.

50 Des forces d’arêtes

La modélisation des fluides de Cahn-Hilliard nécessitent l’utilisation du principe des puissances virtuelles dans le cadre de la théorie du second gradient. Cela étant rédhibitoire pour nombre de scientifiques, il nous est apparu nécessaire de replacer cette modélisation dans le cadre de la théorie de Cauchy. La construction de Cauchy du tenseur des contraintes suppose l’absence de forces d’arêtes. Nous avons montré qu’en présence de telles forces, une construction analogue à celle de Cauchy permet de retrouver le cadre de la théorie du second gradient [1]

Des relations entre modèles classiques et modèles du second gradient

Une étude d’homogénéisation en élasticité linéaire [2] montre que les théories du premier et du second gradient sont intimement liées. Cela montre en particulier que l’on ne saurait exclure les modèles de second gradient comme « non naturels ». Cela donne de plus un exemple simple de tels milieux et donne une interprétation microscopique de certaines de leurs caractéristiques.

Des micro-gouttes

La tension superficielle diminue lorsque le rayon des gouttes tend vers zéro. Cela est vérifié expérimentalement mais est mal compris du point de vue de la modélisation ; une approche mathématique (étude asymptotique d’un problème à deux petits paramètres : masse de la goutte et épaisseur de l’interface) éclaire ce problème et a fait l’objet d’une publication [3] et d’une thèse par C. Dubs.

[1] F. DELL’ISOLA and P. SEPPECHER, «Edge contact forces and quasi balanced power », Meccanica, 32, p. 33-52 (1997).

[2] C. PIDERI et P. SEPPECHER, «A second gradient material resulting from the homogenization of a heterogeneous linear elastic medium », Continuum Mech. And Thermodyn., 9, p. 241-247, 1997.

[3] G. BOUCH1TTE, C. D1JBS et P. SEPPECHER, « Transitions de phases avec un potentiel dégénéré à l’infini, application à l’équilibre de petites gouttes », C. R. Acad. Sci., t. 323, série L p. 1103-1108, 1996.

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INSTABILITES HYDRODYNAMIQUES ET ECOULEMENTS BAS REYNOLDS :