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Theses Year : 2013

Propulsion and friction of non-wetting objects

Propulsion et friction d'objets non mouillants

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Abstract

We investigate special dynamics generated by non wetting objects. On a substrate textured with asymmetric sawtooth-like grooves, a Leidenfrost liquid or solid is propelled horizontally. The textures rectify the vapor flow in a well-defined direction so that the mobile is driven by viscosity. On a flat substrate, if the solid is made asymmetric, the non homogenous mass distribution tilts the bottom surface, and with it, the pressure force due to the vapor flow: its horizontal component moves the object. A Leidenfrost drop between two parallel plates also shows a peculiar behavior: beyond a critical radius, it destabilizes into a liquid ring which grows and breaks up into smaller pieces. These objects undergo very little friction on flat surfaces. It comes from inertial dissipation in the surrounding air, and from a liquid boundary layer for the droplets. However, on a crenelated substrate, the impacts on the textures greatly emphasized the dissipation. To finish, we are interested in several natural non wetting objects : the Argyroneta aquatica and a few superhydrophobic aquatic plants. The first one is a spider which lives entirely underwater. It houses in a big air bubble it creates by capturing smaller bubbles at the surface, with a dynamic motion of its superhydrophobic abdomen and its legs. As for the second ones, they use their non wetting surfaces to survive in case of flooding.
Nous nous intéressons aux dynamiques spéciales engendrées par des objets non mouillants. Sur un substrat recouvert de rainures asymétriques en dents de scie, un liquide ou un solide en caléfaction est propulsé horizontalement. Les motifs rectifient l'écoulement de vapeur dans une direction privilégiée et le mobile est entrainé par viscosité. Sur un substrat lisse, si le solide est lui-même asymétrique, la répartition non homogène de masse incline la surface inférieure et avec elle la force de pression de l'écoulement de vapeur : sa composante horizontale met aussi l'objet en mouvement. Une goutte caléfiée entre deux plans parallèles montre également un comportement surprenant : au-delà d'un rayon critique, elle se déstabilise en formant un anneau qui s'agrandit et éclate en petits fragments. La grande mobilité de ces objets pose la question de la friction qu'ils subissent. Très faible sur un substrat lisse, on observe une dissipation inertielle dans l'air environnant et dans une couche limite liquide pour les gouttes. En revanche, sur un substrat crénelé, elle est fortement amplifiée par l'impact du liquide sur les textures. Pour terminer, nous nous intéressons à divers objets non mouillants naturels : l'argyronète aquatique et plusieurs plantes aquatiques superhydrophobes. Le premier est une araignée qui passe sa vie sous l'eau. Elle s'abrite dans une grande bulle d'air qu'elle crée en capturant, par un mouvement dynamique de son abdomen superhydrophobe et de ses pattes, de petites bulles à la surface de l'eau. Quant aux seconds, ils utilisent leurs surfaces non mouillantes pour survivre lors d'une immersion.
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Dates and versions

pastel-00954334 , version 1 (01-03-2014)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00954334 , version 1

Cite

Guillaume Dupeux. Propulsion et friction d'objets non mouillants. Matière Molle [cond-mat.soft]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00954334⟩
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