Influence de la morphologie de surfaces

La non unicité de l’angle de contact

liquide et la surface des éléments piégés. L’angle dépend de l’hétérogénéité chimique de la surface d’un matériau. Cette analyse faite sur l’angle de contact pour deux points de la surface solide peut être reproduite pour les différents points de cette dernière. Ainsi pour un matériau rugueux on peut mesurer plusieurs angles de contact. portion de surface de contact avec le support mais aussi un autre angle en dessous duquel il commence à reculer. Par conséquent les angles de contact mesurés pour un matériau sont compris entre A∗ surface plane du matériau rugueux, A surface plane du matériau lisse. La constante de proportionnalité c traduit la rugosité du matériau et notons la r du fait de son origine. Ainsi en considérant un déplacement infinitésimal dx de la ligne de contact parallèlement à la surface plane du même matériau mais cette fois ci rugueuse (Figure II.7),

L’effet de l’hétérogénéité.

Lorsque la surface est composée de deux éléments différents A et B, chacun des matériaux ou éléments est caractérisé par une tension de surface donc un angle de contact propre. Pour étudier l’effet de l’hétérogénéité, considérons une interface décrite comme une série de zones de compositions et donc d’énergies de surfaces différentes (Figure II.8). La relation fait apparaître un angle de contact critique au-delà duquel le cosinus de l’angle apparent serait inférieur à –1. Cet angle critique est donné par la relation cos =-1/r est jamais atteint nous le verrons ci-après. Posons une goutte sur la surface hétérogène. Afin de déterminer l’angle de contact apparent sur cette surface mixte, imposons un déplacement infinitésimal de la ligne de contact (II.9).

Ce résultat est conforme aux études de l’effet d’hétérogénéité sur l’angle de contact de Cassie et Baxter [7]. La relation se généralise si d’autres éléments viennent s’ajouter aux deux premiers. L’expérience de Johnson et Dettre [8] montre qu’il n’existe pas un s cénario unique pour comprendre l’influence de la rugosité sur les phénomènes de mouillage. On distingue en effet deux comportements selon la valeur de r. A faible rugosité l’angle de contact à l ’avancée augmente régulièrement avec r, tandis que l’angle à l a reculée décroit. Ceci est compatible avec la loi de Wenzel (en considérant que l’angle de contact à la reculée à rugosité nulle inférieur à 90°, si bien que l’effet de la rugosité est bien de la faire décroître). Puis au-delà d’un seuil en rugosité, les deux angles sautent discontinument à une valeur très élevée .

A différents recuits ou différentes surfaces fabriquées correspond des rugosités différentes on peut avoir nous peut avoir des surfaces de rugosité différentes L’hystérésis de l’angle de contact, qui est une indication du de gré d’hétérogénéité de l’échantillon solide, décroît alors très fortement, quoi que la rugosité augmente : ce paradoxe est levé si l’on considère que le substrat s’homogénéise dés qu’il est composé majoritairement d’air [9]. J.D.Miller et al ont déterminé la rugosité d’un polymère à l’aide de la microscopie à force atomique que nous allons présenter dans le chapitre III. Ces auteurs ont montré que les propriétés de mouillage de leur polymère dépendent également de la valeur de la rugosité r [10]. Nous pouvons dire que la mesure et l’analyse de l’hystérésis de mouillage permettent d’avoir des informations sur la structure de surface solide. La figure II.11 illustre le comportement théorique de l’angle contacte à l’avancée et à la reculée pour des surfaces qui ont des angles de contact selon la théorie de Young inférieur 90°(1) ou supérieur(2) à 90° La nature hydrophile d’une surface est généralement décrite en termes de mouillabilité avec l’eau en se basant sur l’équation de Young. La surface d’un matériau lisse est considérée hydrophile si l’eau s’étale spontanément sur celle-ci. Ce qui équivaut à obtenir un angle de contact inférieur à 90° ou même proche de zéro (figure II.12). Lorsque l’angle de contact est important (supérieur à 90°), on dira que la surface est hydrophobe (figure II.13).