Les écoulements de films tombants cisaillés par un écoulement de gaz sont couramment rencontrés dans les procédés industriels (colonnes de distillation, installations de désalinisation, agroalimentaire...). L'interaction entre le film et l'écoulement de gaz génère des ondes interfaciales, responsables de l'engorgement du système avec pour conséquence une chute drastique du rendement des installations. Les conditions d'opération des procédés industriels sont généralement proches des conditions d'engorgement. Il est donc essentiel de déterminer les mécanismes physiques responsables de ce phénomène dans le but de prédire et contrôler son apparition. Des analyses de stabilité linéaires ou non linéaires et des modélisations d'écoulements diphasiques dans un canal ont été entreprises ces dernières années mais peu d'expériences sont disponibles dans la littérature pour quantifier l'effet du gaz sur la dynamique du film tombant.

Dans l'étude présentée, des expériences sont conduites sur des films d'eau tombants sur un plan incliné et soumis à un contre-écoulement d'air turbulent. La dynamique du film est contrôlée en imposant un forçage temporel à l'entrée et nous nous focalisons principalement sur l'effet de l'écoulement d'air sur la dynamique d'ondes solitaires 2D, caractérisées par une onde principale précédée par des ondes capillaires. L'épaisseur du film est mesurée par deux méthodes optiques complémentaires permettant d'obtenir des mesures temporelles ponctuelles (méthode CCI) et des champs 2D (méthode Schlieren). La vitesse de phase des ondes est mesurée à l'aide d'une caméra linéaire.

Pour des angles d'inclinaison modérés, nous étudions l'influence de l'écoulement d'air sur la forme, l'amplitude et la vitesse des ondes 2D. Dans une première phase, lorsque la vitesse d'air est modérée, on constate que l'amplitude maximale des ondes augmente de façon significative, avec une vitesse de phase qui varie très peu, tandis que la région capillaire est fortement atténuée. En augmentant la vitesse de gaz, les ondes ralentissent fortement puis, au-delà d'un certain seuil (typiquement 7 m/s pour un angle d'inclinaison de 5°) des vagues secondaires de faible amplitude, ou « ripples », remontant le film d'eau apparaissent et finissent par détruire le train d'onde initial. A haut nombre de Reynolds du liquide, nous observons une deuxième catégorie de vagues à contre-courant, des « slugs », beaucoup plus rapides, de grande amplitude, apparaissant de manière intermittente et pouvant être accompagnées d'arrachement de gouttes. Dans notre système, nous appellerons engorgement l'apparition de ces vagues à contre-courant (ripples ou slugs).

Pour des angles d'inclinaison importants, les ondes initiales sans contre-écoulement sont fortement 3D. Des solitons, rapides et de grande amplitude se développent très rapidement lorsque la vitesse de l'air augmente, empêchant l'engorgement du système.