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Capillarité et liquides complexes confinés

Hugues Bodiguel — laboratoires PPMD (Paris) & FAST (Orsay)

publié le , mis à jour le

Au cours de ce séminaire, je présenterai deux exemples assez différents dans lesquelles la petite
taille du système engendre une modification des propriétés continues et des phénomènes à plus grande
echelle.

- Démouillage de films ultraminces sur substrat liquide : viscoélasticité et confinement.

H. Bodiguel et C. Frétigny, Laboratoire PPMD, Paris

Les systèmes polymères exhibent un large spectre de temps et d’échelles de longueurs. Certaines
des longueurs caractéristiques atteignent pour des longues chaînes quelques dizaines de nanomètres et
sont accessibles expérimentalement. Le confinement engendre (c’est à dire lorsque la taille du système
est de l’ordre des longueurs caractériques) généralement une variations des propriétés en volume.
Par exemple, malgré une vraie polémique et beaucoup de résultats contradictoires, un consensus
semble émerger sur l’observation d’une réduction de la température de transition vitreuse (Tg) des
films polymères ultraminces, lorsque l’épaisseur diminue. La mesure des propriétés de ces films relève
toutefois d’un challenge expérimental puisque les techniques classiques ne sont pas adpatées à ces
échelles.
Je vous présenterai une des expériences que nous avons développées afin de mesurer les propriétés
mécaniques et dynamiques de ces films polymères. L’expérience consiste à déposer sur un liquide
chauffé à T > Tg un film de polystyréne. Sous l’action des forces de surface, le film se contracte
au cours du temps (cas d’un démouillage). Nous montrons que cette contraction est l’analogue d’une
expérience de simple extension. Par conséquent, le suivi de la déformation au cours du temps nous
permet de mesurer quantitativement la fonction de complaisances du système. Les résultats obtenus sur
des films ultraminces mettent en évidence que le plateau caoutchoutique du polystyrene n’est quasiment
pas affecté par le confinement, alors même que la viscosité est fortement réduite lorsque l’épaisseur
des films est comparable au rayon de gyration des polymères.

- Mouvement d’une ligne de contact d’une suspension colloïdale en présence d’évaporation

H. Bodiguel, F. Doumenc, B. Guerrier, Laboratoire FAST (Orsay)

La ligne de contact liquide/gaz/solide induit un grand confinement puisque l’épaisseur de liquide
tend vers zéro à son approche. Ce confinement se manifeste par des singularités dans de nombreuses
propriétés. En particulier, le flux d’évaporation diverge à l’approche de la ligne de contact. Cette singularité induit un écoulement en direction de la ligne de contact. Si on considère un fluide hétérogène, les
particules ou les molécules qui ne s’évaporent pas, s’accumulent et peuvent piéger la ligne de contact.
Ce phénomène est à l’origine des dépots hétérogènes que l’on observe couramment lorsqu’une goutte
de café sèche. Pour étudier et ce phénomène et pour l’utiliser afin de contrôler les dépôts formés, nous
étudions des lignes de contact en mouvement, dans une cellule de Hele-Shaw où une montée capillaire
est réalisée. Nous utilisons une suspension acqueuse de nanoparticules de silice, qui constitue un
système modèle. Nous montrons que la géométrie utilisée nous permet de mesurer avec précision les
forces qui contrôlent l’accrochage de la ligne de contact.
Lorsque la vitesse de la ligne de contact est suffisamment grande, on obtient des dépots de colloïdes
uniformes. En revanche, pour des vitesses plus faibles, le mouvement n’est plus continu mais présente
des accrochages et des décrochages successifs. Nous corrélons les forces d’accrochage mesurées in situ
avec la géométrie des dépôts qui sont formés afin de discuter la formation de ces dépôts et de rendre
compte des lois d’échelles déterminées expérimentalement