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Capillarité et liquides complexes confinés

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

25 octobre 2007

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