Etude du drainage de film entre deux inclusions déformables avec prise en compte des forces colloïdales et des surfactants

De très nombreux procédés de chimie biosourcés visant notamment à produire des biocarburants nécessitent le développement spécifique d’opérations d’extraction liquide-liquide. Cette dernière repose sur la différence d'affinité d'un soluté entre deux phases liquides non-miscibles. Pour favoriser le passage du soluté d’une phase à une autre, l’une des phases est généralement fragmentée en gouttelettes pour maximiser la surface d’échange. Ces écoulements à phases dispersées sont particulièrement délicats à modéliser en raison de leur phénoménologie variée : rupture / fragmentation des inclusions, coalescence / agrégation, et des différents régimes d’écoulements (laminaire et turbulent). La difficulté de description de ces phénomènes est liée aux écoulements en tant que tel mais aussi aux physiques interagissant à différentes échelles : des forces colloïdales agissant à l’échelle moléculaire jusqu’aux forces hydrodynamiques agissant à l’échelle de l’écoulement. Or, la physique des interactions, à l’échelle locale de l’interface entre les deux phases, régit le comportement macroscopique de l’écoulement diphasique via les phénomènes de rupture/coalescence et donc la taille des inclusions qui pilote les efforts hydrodynamiques sur ces dernières. Ainsi, pour obtenir une modélisation satisfaisante des grandes échelles du système, il convient de traiter correctement les petites échelles de la mécanique des fluides d’une part, mais également de prendre en compte les phénomènes agissant à des échelles submicroniques, régis par les forces colloïdales. En particulier il est nécessaire de prendre en compte les interactions colloïdales à très petites échelles, via le temps de drainage du film intercalé entre les inclusions. Le caractère original du présent travail réside dans l’utilisation d’un modèle multi-couche disponible dans le logiciel open-source Basilisk pour résoudre les équations de drainage de film. Ce dernier modèle a été utilisé avec succès pour prédire la dynamique de film en présence de tensioactifs. Il est par ailleurs possible de prendre en compte une phénoménologie très riche au sein de ce modèle : force de Van der Waals etc. Les difficultés techniques sont essentiellement théoriques. Les équations du drainage de film étant intrinsèquement couplées à l’écoulement en dehors de ce dernier via l’égalité des contraintes tangentielles aux interfaces, il sera nécessaire de modéliser ce dernier ce qui nécessite une bonne connaissance des écoulements à phases dispersées.

• Directeur de thèse    Professeur, Antkowiak Arnaud d’Alembert  
• Ecole doctorale    SMAER lien sur le site
• Encadrant IFPEN     Dr, Pierson Jean-Lou, département mécanique des fluides,jean-lou.pierson@ifpen.fr  
• Localisation du doctorant    IFP Energies Nouvelles, Solaize, France
• Durée et date de début    3 ans, début au cours du quatrième trimestre 2023
• Employeur    Nom, Ville, Pays
• Qualifications    Master en mécanique des fluides
• Connaissances linguistique    Bonne maîtrise du français indispensable, anglais souhaitable 
• Autres qualifications     Des bases en C seraient un plus