Discussions on the evaporation of a sessile wetting droplet
Discussions sur l'évaporation d'une gouttelette mouillante
Résumé
The problem of the evaporation of a wetting sessile droplet in a quiescent atmosphere is here addressed. In this situation, two relaxation processes with opposite effect (spreading and evaporation) operate at the same time. As no external constraint is applied on the system, the evolution for the radius and the contact angle of such droplet results in a self-adjusted dynamics which is given by the balance between hydrodynamical fluxes and evaporation.
During the retraction phase of the droplet, both the radius and the contact angle follow power laws with respect to the time interval before vanishing. These power laws are reminiscent of the evaporation of an isolated aerosol droplet but small departures from this now well-known problem are due to the presence of a substrate and can be attributed to a hydrodynamical effect. We also adress the question of the value of the contact angle when the contact line starts receding. This angle is non-zero even though the droplet is completely wetting the substrat and we observe that it is here governed by the evaporation. Results are then successfully applied to the rescling of the dynamics .
In a second part, we consider the specific case of the evaporation of a wetting droplet of mixture for which surface tension gradients are dominant.
During the retraction phase of the droplet, both the radius and the contact angle follow power laws with respect to the time interval before vanishing. These power laws are reminiscent of the evaporation of an isolated aerosol droplet but small departures from this now well-known problem are due to the presence of a substrate and can be attributed to a hydrodynamical effect. We also adress the question of the value of the contact angle when the contact line starts receding. This angle is non-zero even though the droplet is completely wetting the substrat and we observe that it is here governed by the evaporation. Results are then successfully applied to the rescling of the dynamics .
In a second part, we consider the specific case of the evaporation of a wetting droplet of mixture for which surface tension gradients are dominant.
Cette thèse expérimentale porte sur l'évaporation d'une gouttelette mouillante : il s'agit d'un problème de ligne de contact mobile dans lequel deux processus de relaxation aux effets antagonistes (étalement et évaporation) s'opèrent de façon concomitante.
Le travail qui est rapporté fait suite à la thèse de C. Poulard soutenue en 2005 au sein de notre groupe. Il s'est dégagé de ce premier travail de grandes tendances : notamment, la phase de rétraction est caractérisée par l'existence de lois de puissance pour le rayon et l'angle de contact. Ce caractère particulier a donné lieu à un modèle élaboré en collaboration avec M. Ben Amar. Le domaine de validité de ce modèle peut toutefois être amélioré. Le manuscrit prend ainsi la forme d'une discussion illustrée de faits expérimentaux, où les hypothèses sont reprises, les processus invoqués, testés et au cours de laquelle l'accent est mis sur les points importants en vue d'une meilleure description de la dynamique de ces objets volatils.
Soulignons qu'en raison de la forme particulière du taux d'évaporation, la ligne de contact recule alors que l'angle de contact n'est pas nul. Or, cet angle est particulièrement significatif dans les dynamiques. Un accent particulier est porté sur la forme de l'interface liquide au niveau de la ligne de contact, gouvernée par un réel problème d'hydrodynamique. Notamment, des tests précis sur le couplage entre l'évaporation et les écoulements hydrodynamiques à l'extension maximale sont menés et les résultats de cette étude sont appliqués avec succès à la remise à l'échelle des dynamiques.
Nous abordons dans une seconde partie, la question peu typique de l'évaporation d'une goutte de mélange. Dans un tel système, l'évaporation provoque un défaut du composé le plus volatil au niveau de la ligne de contact. Nous verrons dans cette partie que les hétérogénéités ainsi créées sont à l'origine de gradients de tension de surface qui contrôlent les dynamiques.
Le travail qui est rapporté fait suite à la thèse de C. Poulard soutenue en 2005 au sein de notre groupe. Il s'est dégagé de ce premier travail de grandes tendances : notamment, la phase de rétraction est caractérisée par l'existence de lois de puissance pour le rayon et l'angle de contact. Ce caractère particulier a donné lieu à un modèle élaboré en collaboration avec M. Ben Amar. Le domaine de validité de ce modèle peut toutefois être amélioré. Le manuscrit prend ainsi la forme d'une discussion illustrée de faits expérimentaux, où les hypothèses sont reprises, les processus invoqués, testés et au cours de laquelle l'accent est mis sur les points importants en vue d'une meilleure description de la dynamique de ces objets volatils.
Soulignons qu'en raison de la forme particulière du taux d'évaporation, la ligne de contact recule alors que l'angle de contact n'est pas nul. Or, cet angle est particulièrement significatif dans les dynamiques. Un accent particulier est porté sur la forme de l'interface liquide au niveau de la ligne de contact, gouvernée par un réel problème d'hydrodynamique. Notamment, des tests précis sur le couplage entre l'évaporation et les écoulements hydrodynamiques à l'extension maximale sont menés et les résultats de cette étude sont appliqués avec succès à la remise à l'échelle des dynamiques.
Nous abordons dans une seconde partie, la question peu typique de l'évaporation d'une goutte de mélange. Dans un tel système, l'évaporation provoque un défaut du composé le plus volatil au niveau de la ligne de contact. Nous verrons dans cette partie que les hétérogénéités ainsi créées sont à l'origine de gradients de tension de surface qui contrôlent les dynamiques.