Phénomènes de mouillage

Nous avons utilisé pour la première fois la technique du pont capillaire pour étudier les propriétés de mouillage (angles de contact d’avancée et de reculée, effets de grande surface mouillée) de surfaces transparentes, courbes, texturées et superhydrophobes. Cette méthode consiste à suivre la forme d'un pont capillaire formé entre la surface solide à caractériser et à tester et un bain liquide lorsque le solide est approché ou éloigné du bain. Pour ce faire, nous avons développé une nouvelle méthode d'analyse afin d'obtenir la valeur de l'angle de contact pour toute position du substrat. Nous comparons la mesure des angles de contact avec la méthode classique de la vue latérale, montrant que l'avancement des angles de contact est systématiquement plus élevé avec la méthode du pont capillaire, ce qui confirme les résultats de la littérature qui montre une sous-estimation de l'angle de contact avec la mesure de la goutte sessile pour les surfaces superhydrophobes. Nous comparons à quelques modèles existants, concluant à un bon accord pour les valeurs de recul mais pas pour les angles d'avancée pour lesquels les modèles doivent être affinés. Enfin, nous montrons que cette méthode permet de déterminer la loi angle de contact - de vitesse de la ligne de contact qui n'est toujours pas identifiée pour les surfaces superhydrophobes.
 

 

• COHEN C. et al. (2019) Soft Matter 15(45) 9352-9358, 10.1039/c9sm01402k
• COHEN C. et al. (2019) Soft Matter 15(14) 2990-2998, 10.1039/c8sm02458h  Collaboration : F. Guittard (Nice)

Nous travaillons actuellement sur le problème de la loi angle de contact - vitesse de la ligne de contact, en couplant les mesures macroscopiques fournies par les expériences de pont capillaire à des mesures plus microscopiques avec un montage de gouttes sessiles monté sur un microscope inversé.

Collaboration : Jerôme Fresnais (PHENIX, Paris), Etienne Barthel (SIMM, Paris).

La dynamique de pincement d'un pont liquide est pertinente pour plusieurs applications industrielles qui ont besoin de transférer un volume de liquide d'une surface à une autre. Le mécanisme de rupture dépend de la taille, de la géométrie du pont et de la rhéologie du liquide, il peut également être affecté par le mouvement des lignes de contact. Tous ces paramètres font de ce processus une source riche de questions difficiles en mécanique des fluides fondamentale. La plupart des études considèrent des lignes de contact fixes et des substrats lisses. Nous utilisons actuellement la technique du pont capillaire pour étudier l'entraînement et la rupture de liquide avec des lignes de contact en mouvement sur des surfaces texturées et lisses pour des fluides newtoniens et non newtoniens. Selon le taux d'élongation et les propriétés de la surface, le volume entraîné après la rupture du pont capillaire varie et reste finalement attaché à la surface sous la forme d'une gouttelette

Collaboration : R. Valette (CEMEF)

Lorsqu'une goutte d'eau est placée sur un substrat superhydrophobe constitué d'un réseau de piliers, deux états de mouillage peuvent être atteints : (i) un état de Cassie-Baxter où la goutte d'eau se tient sur le sommet des piliers et une couche d'air reste entre la goutte et la base du substrat ou (ii) un état de Wenzel où l'eau imprègne totalement le substrat. La transition de l'état de Cassie-Baxter à celui de Wenzel est appelée transition d'empalement.

L'origine de cet empalement est largement discutée dans la littérature mais est encore mal comprise, pour les surfaces de piliers déformables en particulier. Nous avons développé un dispositif de goutte sessile monté sur un microscope inversé pour étudier la transition d'empalement à l'échelle des piliers. Nous faisons varier le volume de la goutte d'eau et la nature du substrat (composé de matériaux rigides ou mous).
Nous cherchons à mieux décrire les causes de cette transition et à comprendre sa dynamique.

Nous étudions l'effet d'un impact mécanique sur un substrat solide supportant une figure de souffle (motif de gouttelettes formé lorsqu'une vapeur se condense sur une surface). La chute d'une bille métallique sphérique impacte la partie supérieure de la plaque, les gouttelettes se trouvant sur sa partie inférieure. Nous avons étudié l'effet de la hauteur du projectile sur l'évolution de la figure de souffle avec le temps et comparé la distribution de la taille des gouttelettes avant et après l'impact avec la réduction du nombre de gouttelettes (DNR). Nous montrons que, pour un rayon moyen donné des gouttelettes, lorsque l'accélération du substrat dépasse un seuil, le nombre final de gouttelettes commence à diminuer et continue à diminuer lorsque l'accélération augmente.

Nous interprétons ce résultat ainsi : sachant que les gouttelettes vibrent, leur ligne de contact se détachent au-dessus d'un seuil d'accélération, présentant des oscillations de leur rayon qui les font entrer en contact et coalescer avec leurs voisines donnant naissance à des réseaux liquides. L'impact accélère le vieillissement naturel d'une figure de souffle.

Cela pourrait constituer une nouvelle solution pour augmenter l'efficacité des processus de récupération de la rosée.