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Dynamique de l’étalement d’une goutte sous-refroidie sur un substrat super-hydrophobe

- Porteur : Medici Marie-Gabrielle

- Collaborateurs LPMC : Guittard Frédéric, Celestini Franck

- Collaborateurs extérieurs : Frisch T. (INLN, Uni. Nice Sophia Antipolis)

- Description :

Les surfaces super-hydrophobes jouent un rôle important dans l’industrie car elles peuvent être auto-nettoyantes (verres, peintures) et elles offrent des propriétés de mouillage très contrôlées. Il existe actuellement, un besoin industriel grandissant pour le développement de surfaces glaco-phobes (sur lesquelles le givre et la glace ne prennent pas). Une piste intéressante pour développer ces surfaces super-glacophobes serait l’utilisation de la super-hydrophobicité. Les applications concerneraient bien évidement le domaine de l’aéronautique (aile d’avion, instrument de navigation, tube de Pitot) mais aussi des domaines terrestres (prise de la glace sur les gaines des câbles électriques, givre dans les réfrigérateurs et vitre des automobiles, etc.). Cette problématique fait donc appel non seulement à la physico-chimie des surfaces mais aussi à la thermodynamique hors équilibre et à la physique non-linéaire au travers des équations de la mécanique des fluides et de la cristallisation. Dans ce cadre, nous proposons une étude sur la dynamique de l’étalement d’une goutte sous-refroidie sur un substrat super-hydrophobes en fonction des paramètres du système (vitesse de la goutte, température, diamètre de la goutte et tension de surface).

Une étude préalable a été menée sur la dynamique de l’absorption d’une goutte sous-refroidie en situation de mouillage partiel en fonction des paramètres du système. Cette première étude nous permet de différencier les états d’absorption tel que l’état de Cassie et l’état de Wenzel (absorption totale ou absorption partielle) et montre une transition graduelle entre ces états. Cette transition se fait de part l’apparition d’une figure de souffle tout autour de la goutte qui induit l’empalement sous la goutte.

La croissance de gouttes d’eau induite par condensation a été étudiée sur certains types de substrats : surface hydrophobes, hydrophiles, super-hydrophobes, super-hydrophiles. Ces surfaces peuvent être obtenues chimiquement ou en structurant la surface (rugosité contrôlée, surfaces hybrides alliant un caractère hydrophobe et hydrophile ).

Suivant la nature hydrophobe ou hydrophile des substrats, des gouttes individuelles se forment, croissent coalescent, ou un film se constitue. Dans le cas d’une condensation sous forme de goutte, la goutte est piégée par sa ligne de contact sur le substrat. Si l’angle d’inclinaison du substrat est suffisant pour que la force gravitationnelle l’emporte sur la force de tension superficielle la goute peut se détacher et rouler le long du plan incliné. Dans le cas d’une formation d’un film, le flux d’eau va se produire tant que l’épaisseur du film est non nul.

L’investigation de surfaces superhydrophobes a été inspirée par la nature et guidé la recherche vers des surfaces présentant une texture identique à une surface poreuse hydrophobe. Deux cas se présentent alors, dans le premier cas l’eau suit les anfractuosités du support, l’angle de contact augmente alors (modèle de Wenzel). Dans le second cas, la goutte repose sur le substrat sans pénétrer les pores. Le caractère hydrophobe est alors renforcé (modèle de Cassie). Par ailleurs, l’étude de l’évolution de la croissance des gouttes (croissance individuelle, coalescence) sur ces surfaces complexes est une étape nécessaire dans le projet qui nous intéresse.

Nous envisageons une étude complémentaire qui nous permettra d’observer par une méthode interférentielle l’empalement sous la goutte. Ces résultats seront comparés avec un modèle théorique. Au delà de l’intérêt fondamental de l’étude de cette transition, ce travail pourrait permettre l’émergence de nouveaux concepts dans l’élaboration de substrats super-glacophobes.

Mots-clés

Fluides & Matériaux Complexes, Fluides Complexes