Offre de thèse_Hydrodynamique des rideaux liquides courts pour le dépôt par enduction

DESCRIPTION DU SUJET

 

Saint-Gobain conçoit, produit et distribue des matériaux pour l’habitat et la vie quotidienne. La surface de ces matériaux est souvent traitée avec des couches liquides minces (peinture, …) afin d’obtenir des propriétés esthétiques et fonctionnelles spécifiques. Une technique largement utilisée pour enduire un substrat d’une couche de traitement (ou coating) aux propriétés bien contrôlées repose sur la formation d’un rideau liquide vertical, sous lequel le substrat se déplace (Figure 1-a et -b). Cependant, la gamme d’épaisseur accessible est limitée par les pertes de stabilité de la nappe, ou encore par l’entraînement du gaz environnant entre la couche déposée et la surface du substrat en mouvement.

Les développements récents montrent que l’enduction laminaire (ou enduction directe par une fente, en anglais slot-die coating,) est le procédé de dépôt le plus fiable pour s’affranchir des limitations du dépôt par nappe liquide. Dans ce système, le liquide à déposer sort d’une tête d’enduction placée à une distance de l’ordre de quelques centaines de microns de la surface du substrat, et formant un ménisque plutôt qu’un rideau. Cependant, cette configuration peut être problématique sur des substrats rigides de taille finie, défilant de façon discontinue, tels que des plaques de verre ou de bois. En effet, leur surface peut présenter des variations de hauteur du même ordre de grandeur que la distance de travail, menant à des inhomogénéités du dépôt, voire des risques de collision avec la tête d’enduction.

Dans le cas du rideau, la mise sous pression du liquide sortant de la tête d’enduction pourrait permettre de contourner ces problèmes, tout en conservant la fiabilité de l’enduction laminaire. En effet, la tête peut alors être placée à une distance millimétrique ou centimétrique de la surface du substrat (Figure 1-c). Ce mode de fonctionnement en « rideau court » a été peu exploré jusqu’à présent. En particulier, la contribution de la gravité à l’accélération du liquide, significative en mode nappe liquide et contribuant fortement à la façon dont le rideau s’affine, sera significativement réduite. De plus, l’écoulement à la sortie de la tête d’enduction pourrait être fortement couplé à l’écoulement généré par l’impact sur le substrat, menant par exemple à un flambage du rideau court ou à d’autres instabilités originales et très spectaculaires à trois dimensions. Dans ce contexte, la description classique du problème d’enduction par nappe liquide ne tient plus. Le but de cette thèse est d’explorer l’écoulement s’établissant dans ce système de dépôt par rideau court. Il s’agira de caractériser cet écoulement et le dépôt qui en résulte pour des fluides simples et pour des liquides complexes, en fonction de leurs propriétés mécaniques (viscosité, tension de surface…), de la vitesse en sortie de la fente et de la distance de travail. Ce travail combinera expériences et théorie, visualisation et calculs des écoulements, ainsi qu’une exploration probable de leur stabilité.

 

 

 

Figure 1 : (a) schéma du procédé de dépôt par rideau en mode standard ; (b) photographie d’une plaque de bois passant à travers un rideau de peinture en procédé rideau standard ; (c) schéma du procédé de dépôt par rideau court (« short curtain »).

 

PROFIL RECHERCHÉ

 

Etudiant(e) en école d’ingénieur généraliste ou master 2 ayant une formation solide en mécanique des fluides. Un goût prononcé pour le travail expérimental, combiné à un intérêt pour le développement de modèles théoriques, est également attendu.

 

DESCRIPTION ADDITIONNELLE

 

La thèse sera basée au laboratoire Matière et Systèmes Complexes (Université de Paris, CNRS UMR 7057 - 10 Rue Alice Domon et Léonie Duquet, 75013 Paris.

Le candidat sera employé par Saint-Gobain Research Paris, sous contrat de type thèse CIFRE.

 

QUI SOMMES-NOUS ?

 

Les travaux du laboratoire Matière et Systèmes Complexes (MSC), unité mixte du CNRS (UMR 7057) en cotutelle avec l’Université de Paris, s’intéressent à la matière et aux systèmes complexes sous toutes leurs formes, avec un regard interdisciplinaire et une approche tant expérimentale que théorique. 

MSC compte 5 équipes : Biofluidique, Dynamique des Systèmes Hors Équilibre, Physique du vivant, Théorie des Systèmes Complexes, Dynamique et Organisation de la Matière Molle. Elles s’attachent à comprendre et décrire des systèmes complexes : fluides en écoulement, propagation non-linéaire d’ondes et de vagues de forte amplitude, fluides et matériaux issus de la « matière molle », systèmes vivants (du moléculaire ou supramoléculaire, jusqu’à l’organisme entier, en passant par la cellule, les tissus, la bio-ingénierie…), morphogenèse, comportements collectifs (neurones, nageurs, bactéries, « matière active », particules chargées ou magnétiques…). Ces recherches trouvent des applications dans l’industrie, en géophysique/environnement, en botanique, et enfin en médecine. Pour en savoir plus : http://www.msc.univ-paris-diderot.fr.

Saint-Gobain est présent dans 70 pays avec plus de 167 000 collaborateurs. Saint-Gobain conçoit, produit et distribue des matériaux et des solutions pensés pour le bien-être de chacun et l’avenir de tous. Ces matériaux se trouvent partout dans notre habitat et notre vie quotidienne : bâtiments, transports, infrastructures, ainsi que dans de nombreuses applications industrielles. Ils apportent confort, performance et sécurité tout en répondant aux défis de la construction durable, de la gestion efficace des ressources et du changement climatique.

Saint-Gobain Research Paris, est l’un des 8 grands centres de recherche transversaux du groupe Saint-Gobain, au service de ses filiales. Pour en savoir plus : www.sgr-paris.saint-gobain.com

 

CONTACTS

 

Bertrand Heurtefeu, Chef de Projet R&D à Saint-Gobain Research Paris

bertrand.heurtefeu@saint-gobain.com.

Rémi Deleurence, Chef de Projet R&D à Saint-Gobain Research Paris

remi.deleurence@saint-gobain.com.

Matthieu Roché, Chargé de Recherche CNRS, matthieu.roche@u-paris.fr

Laurent Limat, Directeur de recherche CNRS

Sandra Lerouge, Professeur à l’Université de Paris

Maria Malheiro Reymao, Responsable Relations Ecoles et Universités

maria.malheiroreymao@saint-gobain.com