Soutenance de thèse de Guillaume MARTROU

Ecole Doctorale
SCIENCES POUR L'INGENIEUR : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique
Spécialité
Mécanique et Physique des Fluides
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
jets liquides,Instabilité interfaciale,electrospinning,matériaux,polymères,
Keywords
liquid jets,interfacial instability,electrospinning,materials,polymers,
Titre de thèse
Dynamique d'interfaces chargées et application aux matériaux fibreux
Dynamics of charged interfaces and application to fibrous materials.
Date
Vendredi 22 Septembre 2017 à 14:00
Adresse
49 Rue Frédéric Joliot Curie, 13013 Marseille
Salle de séminaire
Jury
Directeur de these Marc LEONETTI Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre
CoDirecteur de these Thomas TRIMAILLE Institut de Chimie Radicalaire
Examinateur Annie VIALLAT Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille
Examinateur Frédéric BOSSARD Laboratoire Rhéologie et Procédés
Rapporteur Benjamin NOTTELET Institut des Biomolécules Max Mousseron
Rapporteur Hugues BODIGUEL Laboratoire Rhéologie et Procédés

Résumé de la thèse

Les interfaces entre deux fluides sont le siège de nombreuses instabilités de forme de l’interface si un champ électrique intense est appliqué entraînant la génération de gouttelettes ou de jets micrométriques par exemple. Le contrôle de telles instabilités est indispensable pour une fabrication optimale de microsphères ou microfibres : taille, propriétés physico-chimiques, dispersion et structuration spatiale macroscopique d’un agrégat de tels objets. Cette diversité trouve sa source dans la compétition entre les forces de tension de surface et de gravité avec les forces (di-)électriques qui résultent de l’électrodynamique des fluides sous champ électrique en présence des charges électriques, des charges de polarisation, des décharges électriques ainsi que du vent ionique. La thèse expérimentale s’articule autour de deux thèmes. Le premier vise une compréhension intime des phénomènes spatio-temporels observables dans la configuration d’un injecteur métallique à la haute tension placé au-dessus d’un bain. Une instabilité originale menant à la formation d’une cloche fluide macroscopique connectant les deux électrodes a été mise en évidence et caractérisée non linéairement. La bifurcation est sous-critique et imparfaite. Le second thème fort de l’expérience acquise, propose une méthode originale de fabrication de microfibres modifiées en une étape par électrofilage au mouillé. Le polymère électrofilé choisi est le PSMA et celui permettant la modification, le PEGDA. Cette étude a été réalisée dans un contexte d’applications de type catalyse. Pour cela les fibres ont été fonctionnalisées à l’aide de la peroxydase (HRP) comme protéine modèle. Les résultats montrent notamment une meilleure stabilité dans le temps avec la possibilité de réutilisation du matériau en comparaison à la catalyse utilisant des méthodes standards.

Thesis resume

Interfaces between two fluids can lead to various interfacial shape instabilities if an electrical field is applied. Leading, for instance, to micrometric droplets or jets formation. Controlling those instabilities is much-needed for an optimal fabrication of microspheres or microfibers: size, physicochemical properties, dispersion and macroscopic spatial structuring of aggregates of those kind of objects. This diversity is based in the competition between surface tension and gravity forces with (di-)electrical ones resulting from electrodynamics of fluids under electric field induced by electrical charges, polarization charges, electrical discharges and ionic wind. The experimental thesis deals with two main topics. The first one is a precise understanding of spatiotemporals phenomena occurring in a configuration made of a metallic injector raised to high voltage placed above a liquid bath. We present the formation of an original instability leading to a macroscopic bell-shaped link between both electrodes and its non linear characterization. The bifurcation is subcritical and imperfect. The second topic, based on the experience gained with the first one, is an original method of fabrication of microfibers modified in only one step by wet electrospinning. The chosen electrospun polymer is PSMA and the one used for modification is PEGDA. This study has been realized with a catalyze application context. To do so, fibers has been functionalized with peroxydase (HRP) as the model protein. The results especially show a better temporal stability and possible reuse compared to catalysis with standard methods.