Impact et étalement de micro-gouttes sur des substrats solides

International audienceIn this article, various hydrodynamic phenomena associated with ink jet printing process are investigated. This study is limited to the impact and initial spreading phases, the capillary wicking into porous media which is paramount in defining the print quality will be considered elsewhere. The experimental methods used are based on high-speed cinematography and phase controlled ultra short snapshots of the impact process, which allow to measure accurately the transient diameters and heights of the micro-drops on extremely small spatial and time scales. Drop dynamics modeling is performed by solving a variational problem for a given drop geometry. This allows to obtain the drop profiles during the very short inertial impact, spreading and eventual coalescence phases. We then present the transient evolution of the apparent contact angles on substrates with different wetting behavior and discuss the short and long time spreading behavior of micro-drops. We finally show that the proposed model while agreeing fairly well with experiments is able to predict the influence of the interactions between the fluid and the substrate.L'objectif de cet article est de présenter une étude à la fois expérimentale et de modélisation simple des différents phénomènes hydrodynamiques liés à l'impression par jet d'encre en se limitant aux phénomènes d'impact et d'étalement. L'imbibition de micro-gouttes dans des milieux poreux, qui est un paramètre essentiel dans le rendu de la qualité d'impression, sera considérée ultérieurement. Les écoulements considérés ici sont caractérisés par des méthodes expérimentales basées sur la cinématographie rapide et la pseudo-cinématographie à déphasage contrôlé conjuguées à de l'analyse d'image. Ces techniques permettent de mesurer avec précision les profils des micro-gouttes suivant des échelles spatiales et temporelles très petites. La modélisation de la dynamique des gouttes est effectuée en utilisant le principe variationnel pour une géométrie déterminée de goutte. Ceci conduit à obtenir le diamètre et la hauteur de goutte au cours du temps et ce lors de l'étalement inertiel et des phases de coalescence et de ré-étalement. Nous présentons ensuite l'évolution transitoire des angles de contact lors de l'impact de gouttes sur des substrats de différentes mouillabilités ainsi que des étalements différenciés en temps court et long pour les micro-gouttes. Nous concluons en montrant que la modélisation effectuée permet de bien refléter l'influence des interactions entre le fluide et le substrat