[HDR] Jets, Bulles, Films et Particules : quelques problèmes aux interfaces libres

Les travaux présentés dans ce mémoire d’HDR sont la synthèse de sept années de recherche centrées sur la compréhension expérimentale de phénomènes impliquant des interfaces libres, des interactions fluide/solide, ainsi que des effets thermiques. Ce manuscrit développe une approche fondée sur des expériences simples mais révélatrices, complétées par des modèles jouets et des approches en loi d’échelle.Une première partie est consacrée au ressaut hydraulique, thématique initiée pendant ma thèse et poursuivie depuis. Nous y examinons notamment le rôle de la tension de surface dans la formation du ressaut circulaire et nous discutons les limites de certaines théories existantes. Nous mettons également en évidence un régime d’oscillations spontanées pour le ressaut, que nous interprétons comme la signature des modes de cavité de la couche d’eau présente dans la zone externe.La deuxième partie concerne l’impact de jets sur des surfaces chaudes, sujet où se combinent hydrodynamique et phénomènes de changement de phase. Nous y décrivons les différents régimes observés : croissance d’une goutte qui se détache en Leidenfrost à basse vitesse de jet et régime d’éjection de gouttelettes par fragmentation pour de plus hautes vitesses. Ce dernier régime est étudié en détails et décomposé en zones : zone mouillée, zone de décollement (film de vapeur), puis fragmentation de la nappe liquide. Nous proposons des modèles décrivant chacune de ces zones en utilisant des lois d’échelles. Nous ouvrons enfin ces travaux sur les effets de l’inclinaison du jet, qui conduisent à des comportements différents, comme l’apparition de régimes de rebond.La troisième partie porte sur les interactions entre bulles et particules. Nous y analysons comment une bulle piégée sous une particule peut générer des forces de rétention ou de répulsion. Nous décrivons également des travaux menés sur des bulles « éternelles », stabilisées par des particules et par l’utilisation d’un mélange eau-glycérol. Des résultats préliminaires concernant les antibulles armurées sont également présentés en fin de manuscrit. Enfin, la dernière partie présente un ensemble d’études exploratoires sur les films de savon, en particulier la dynamique de lentilles liquides déposées sur ces films, leurs trajectoires orbitantes et certaines instabilités observées. On y trouve une ressemblance visuelle frappante avec des mécanismes de fusion de galaxie. Ce chapitre se termine sur l’ouverture sur une expérience de jet impactant un film de savon.