Soutenance de thèse de Krishan BUMMA - "Solidification de milieux désordonnés"

Des changements de phases dans des milieux hétérogènes ont lieu dans un grand nombre de domaines, allant d’applications industrielles (stockage d’énergie, isolation...) à l’étude de phénomènes naturels (déplacement de sols, formation de banquise…).
Dans cette thèse, nous étudions la solidification de deux milieux désordonnés particuliers : une mousse d’eau savonneuse et un granulaire imbibé d’une solution de fluorescéine. Dans un premier temps, nous étudions la solidification d’une mousse de savon au contact d’un substrat froid. Celle-ci gèle avec une dynamique d’abord purement diffusive que nous arrivons à décrire avec un modèle de diffusion. Au bout d’un certain temps, on observe la mise en place d’écoulements de liquide vers le front de solidification, causant un fort ralentissement de la dynamique de solidification. La mousse gelée ainsi formée a une densité non-uniforme que nous arrivons à mesurer expérimentalement. Parallèlement aux écoulements de liquide, des bulles cassent au niveau du front de solidification, entrainant un écoulement de gaz vers la mousse gelée. Nous montrons que les écoulements de liquide comme de gaz ont une dépendance en température, probablement causée par la contraction thermique du gaz contenu dans les bulles. Dans un second temps, nous étudions expérimentalement la solidification d’un milieu granulaire formé de particules de plusieurs dizaines de micromètres de diamètre, imbibé d’une solution de fluorescéine. Nous mettons en évidence un phénomène de ségrégation spatiale de la fluorescéine incorporée dans la zone gelée. Cela entraine la formation de canaux d’eau concentrée en fluorescéine proches de zones en étant presque entièrement dépourvues, orientés selon la direction de formation de la glace. Cette ségrégation a lieu après le passage du front de solidification et est due à des écoulements dans un milieu poreux partiellement gelé. L’observation de ces canaux dépend de la concentration initiale en fluorescéine et de la taille des particules.