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Hydrodynamique à une interface super-hydrophobe

Pierre Joseph — Laboratoire de Physique de la Matière Condensée et Nanostructures (Lyon)

publié le , mis à jour le

Le développement des systèmes microfluidiques, pour lesquels les effets de surfaces deviennent importants, a récemment motivé un fort regain d’intérêt dans l’étude de la condition limite hydrodynamique. Si la situation théorique semble claire, avec une longueur de glissement b (qui caractérise l’écart à la condition usuelle de non-glissement) de quelques dizaines de nanomètres tout au plus, les résultats expérimentaux sont plus controversés, du nanomètre au micron.

Je présenterai une technique de vélocimétrie qui a permis une détermination de b à 100 nm près, pour de l’eau sur différents substrats. Les valeurs mesurées n’excèdent pas quelques dizaines de nanomètres, en accord avec les attentes théoriques mais encore insuffisants pour des applications microfluidiques.

Dans ce contexte le recours à des surfaces super-hydrophobes (rugueuses et hydrophobes) est prometteur, l’air piégé à la surface permettant de réduire la friction. Nous avons réalisé une caractérisation expérimentale du glissement effectif pour de l’eau sur de tels substrats constituées de forêts de nanotubes de carbone, obtenus en collaboration avec l’équipe nanosources du LPMCN. Les mesures demontrent un glissement notable à la paroi, caractérisé par une longueur de glissement dans la gamme du micron et augmentant linéairement avec l’échelle latérale de rugosité.

Pour quantifier l’accord avec les prédictions hydrodynamiques je proposerai un argument « d’échelle » pour prédire la valeur du glissement effectif pour de telles géométries, et trouver des pistes pour dessiner des surfaces texturées optimale en terme de réduction de friction.

- Référence : Slippage of water on super- hydrophobic carbon nanotube forests, Phys. Rev. Lett. 97 156104 (2006)