Thèse Performance et Persistance de Coussins d'Air Retenus par des Surfaces Superhydrophobes en Présence de Conditions Turbulentes H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Polytechnique Hauts de France École doctorale : Ecole Doctorale Polytechnique Hauts-de-France Laboratoire de recherche : Laboratoire d'Automatique, de Mécanique et d'informatique Industrielles et Humaines Direction de la thèse : Laurent KEIRSBULCK ORCID 0000000178799770 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-08-01T23:59:59 Cette thèse vise à concevoir et caractériser des surfaces texturées multi-échelles permettant une réduction significative des frottements dans des écoulements liquides, mais compatible avec des conditions réelles d'utilisation. Le travail se concentre sur une gamme de rugosités encore peu explorée (5 µm Un premier objectif consiste à établir des relations entre les paramètres géométriques des texturations (taille, forme, pas, anisotropie) et leur capacité à piéger un film gazeux stable au voisinage de la paroi. Les conditions d'apparition, de maintien et de rupture de cette couche d'air seront étudiées en fonction de la mouillabilité de la surface et des conditions d'écoulement, afin d'identifier des configurations géométriques optimales maximisant la réduction de traînée. Un second objectif porte sur l'évaluation des performances hydrodynamiques des surfaces en l'absence de film gazeux, afin de quantifier l'effet de la rugosité des texturations seules. L'influence du régime d'écoulement et du niveau de turbulence sur leur efficacité sera analysée, dans le but de mieux comprendre la réorganisation de la turbulence au contact des rugosités intermédiaires et d'identifier des domaines de fonctionnement pertinents pour une stratégie de contrôle passif. Enfin, la durabilité des surfaces développées sera étudiée au moyen d'essais tribologiques visant à évaluer leur résistance à l'usure et leur durée de vie. Les résultats attendus incluent l'établissement de lois de conception reliant géométrie, mouillabilité et performances hydrodynamiques, la démonstration expérimentale de surfaces durables réduisant efficacement le frottement avec ou sans film gazeux, ainsi que des perspectives applicatives pour les domaines marin et naval, accompagnées de publications scientifiques internationales.
La réduction des frottements hydrodynamiques constitue un enjeu majeur dans de nombreux secteurs industriels, notamment le transport maritime, où les pertes énergétiques liées à la traînée représentent une part importante de la consommation de carburant. Les surfaces superhydrophobes ont démontré leur capacité à réduire la friction grâce à la présence d'une couche d'air piégée à l'interface liquide-solide, créant ainsi une condition de glissement partiel. Cependant, les performances observées en laboratoire sont souvent difficiles à maintenir dans des conditions réelles caractérisées par des écoulements turbulents, des pressions variables et des phénomènes d'usure. Par ailleurs, la plupart des études se concentrent soit sur des micro-texturations de très faible dimension, soit sur des structures macroscopiques de type riblets. La gamme intermédiaire de rugosités (5 µm à 500 µm) reste relativement peu explorée malgré son potentiel pour combiner efficacité hydrodynamique, robustesse mécanique et facilité de fabrication. L'objectif principal de cette recherche est de concevoir et de caractériser des surfaces texturées multi-échelles capables de réduire significativement les frottements hydrodynamiques dans les écoulements liquides tout en restant compatibles avec des conditions réelles d'utilisation.
La méthodologie reposera sur une approche expérimentale combinant :
-La conception et la fabrication de surfaces texturées multi-échelles présentant différentes géométries et propriétés de mouillabilité au laser Femtoseconde
-La caractérisation morphologique des textures par microscopie et mesures de rugosité.
-Des essais hydrodynamiques en écoulements turbulents afin d'evaluer les performances ( gains de traînée, retard des décollements,..)