Study of the atomization of a liquid film by Faraday instability : theoretical, experimental and numerical study

Cette thèse porte sur l’étude de la dynamique d’un film liquide mince soumis à une excitation normale à son interface. Cette situation donne lieu à des instabilités dites de Faraday qui, sous certaines conditions, conduisent à la formation de gouttes. Dans le contexte des systèmes d’injection assistée utilisés en propulsion aéronautique, il existe des situations pour lesquelles le courant gazeux n’est pas assez rapide pour éplucher efficacement le film de carburant. Dans ce cas, un forçage des instabilités de Faraday est envisageable pour produire des gouttes de caractéristiques en taille et en flux favorisant une combustion efficace. Dans cette thèse, on s’est intéressé à trois configurations : d’abord la configuration classique de Faraday : un liquide contenu dans un récipient vibrant donc sans écoulement liquide et sans cisaillement aérodynamique. Ensuite, on s’est intéressé à un film mince s’écoulant sur un plan incliné mais toujours en l’absence de cisaillement aérodynamique et enfin, un film mince s’écoulant sur un plan incliné en présence cette fois d’un cisaillement aérodynamique. Ces trois configurations ont été étudiées à travers trois out- ils : la stabilité linéaire, la simulation numérique directe à capture d’interface et l’approche expérimentale. Pour chaque configuration, les résultats donnés par les différents outils ont été comparés de manière conclusive.This thesis focuses on the study of the dynamics of a thin liquid film subject to an excitation normal to its interface. This situation gives rise to so-called Faraday instabilities that, under certain conditions, lead to the formation of droplets. In the context of assisted injection systems used in aerospace propulsion, there are situations in which the gas stream is not fast enough to effectively peel the fuel film. In this case, Faraday instabilities can produce droplets promoting effective combustion. In this thesis, we are interested in three configurations: first conventional configuration of Faraday : a liquid in a container vibrating without liquid flow and without aerodynamic shear. Then, we focused on a thin film flowing down an inclined plane but always without aerodynamic shear and finally, a thin film flowing down an inclined plane, this time in the presence of an aerodynamic shear. These three configurations were studied through three tools : linear stability, direct numerical simulation with interface capture and experimental approach. For each configuration, satisfactory comparisons between the three different tools have been performed