Conséquences du maintien par plaque

L’augmentation du temps nécessaire à la formation du contact total entre l’hydrogel et la brosse, à force de compression constante, a été observée au cours du suivi cinétique d’adhésion (Figure 3.4). Visuellement, après le suivi cinétique, l’échantillon gonflé présente un renflement dont les dimensions correspondent à celles de l’ouverture circulaire de la plaque de maintien, comme le montre la photo ci-dessous (Figure 3.7) :

Figure 3.7 Renflement de l’hydrogel gonflé visible à l’emplacement de la plaque de maintien au cours du test d’adhésion in situ (gauche). Représentation schématique de la formation de la courbure de la surface entre l’état (1) et l’état (2) (droite).

L’enfoncement supplémentaire de 10 µm est une conséquence du maintien par plaque de l’échantillon. En raison de ce maintien spécifique, correspondant à une contrainte imposée, le gonflement de l’hydrogel au cours du temps d’immersion ne peut pas se faire de manière isotrope. Dans la littérature, il est fait mention de l’influence que peut avoir une contrainte mécanique appliquée sur le gel lorsqu’il est immergé en solution, sur ses paramètres cinétiques et thermodynamiques de gonflement [7-8]. Budtova et al. ont ainsi montré que plus la contrainte

imposée lors du gonflement est grande, plus les valeurs de vitesses de gonflement et de Λeq sont réduites [8]. Ces variations sont attribuées à la modification des propriétés de diffusion (ou friction) dans le gel contraint.

Dans notre cas, la contrainte n’est pas appliquée sur l’ensemble du gel : il peut gonfler parallèlement à la plaque de verre support (X, Y). Cependant, dans la direction de l’épaisseur (Z),

117 le gel peut uniquement gonfler au niveau de l’ouverture circulaire, de 18 mm de diamètre, prévue pour effectuer le contact entre les deux surfaces. L’existence de l’ouverture, entraîne l’apparition progressive d’une courbure de la surface du gel au cours du suivi cinétique d’adhésion (Figure 3.7). De plus, il est très probable qu’il y ait dans l’échantillon des zones présentant des gonflements à l’équilibre différentes lors du test in situ : les zones situées sous la plaque de

maintien sont moins gonflées et atteignent l’équilibre thermodynamique plus lentement, alors que la cinétique au niveau de la zone non contrainte est plus rapide, menant à une valeur Λeq du même ordre de grandeur que celui obtenu pour le gonflement du même gel non contraint (vérifiée dans le paragraphe précédent).

Pour étudier l’influence du maintien mécanique sur la vitesse de gonflement, les constantes cinétiques de gonflement du PDMA_P10-R2 in situ, 𝜏₁′ = 4 min et 𝜏₂′ = 115 min, obtenues par modélisation double exponentielle de la courbe présentée en Figure 3.3-c (variation d’épaisseur en fonction du temps d’immersion) sont comparées aux valeurs cinétiques de gonflement du même gel non contraint, 𝜏1 = 2,5 min et 𝜏2 = 45 min, calculées dans le chapitre 2. On constate qu’effectivement in situ le temps nécessaire à l’hydrogel pour atteindre l’équilibre est plus long.

Cependant l’ordre de grandeur des constantes cinétiques (1 à 2 h) n’est pas très différent.

A l’équilibre, la courbure de la surface s’ajoute à la rugosité moyenne de 4 nm (maxima ~ 20 nm), précédemment mise en évidence par AFM en milieu liquide. Il est ainsi possible d’établir un profil topographique de la surface de l’hydrogel gonflé à l’équilibre in situ. (Figure 3.8).

Figure 3.8 Topographie de la surface du gel à l’équilibre de gonflement, maintenu mécaniquement par une plaque percée lors de la mesure de son adhésion en conditions immergées.

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Au cours de la phase d’enfoncement, l’ensemble des courbes force-temps se superposent parfaitement à l’approche de la valeur de consigne de force de compression (Figure 3.4-a). L’indentation par compression d’un poinçon dans un matériau est une méthode classique de mesure du module élastique. Aussi la superposition du réseau de courbes, une fois la courbure de la surface aplanie, semble indiquer qu’il n’y a pas de changement significatif des propriétés élastiques en surface du gel au cours du gonflement. Ce résultat confirme les résultats de compression sur le PDMA à l’état de préparation et à l’état d’équilibre. Les variations d’adhésion observées ne sont pas dues à une modification des propriétés élastiques du gel.

Si le maintien du gel influence le gonflement du gel (zones hétérogènes) et par conséquent la mise en contact de l’hydrogel et de la brosse, peut-il être responsable du phénomène de diminution d’adhésion observé ?

Pour répondre à cette question et s’assurer que le résultat du suivi n’est pas dû à un effet secondaire du montage, un suivi cinétique d’adhésion comparatif a été réalisé sur un PDMA_P10-R2, greffé chimiquement sur une plaque de quartz silanisée, en utilisant la technique développée par Sudre et al. [9]. Dans cette configuration, la surface supérieure du gel n’est pas

contrainte au cours du test de Probe-Tack et le gonflement de l’échantillon en épaisseur est homogène. Les résultats obtenus à l’issu de la mesure sont présentés en Figure 3.9.

Figure 3.9 Comparaison de l’évolution en fonction du temps d’immersion de 𝑾𝒂𝒅𝒉 d’un PDMA_P10-R2 maintenu par greffage chimique () à 𝑾𝒂𝒅𝒉 pour un maintien par plaque () (gauche). Détail de la courbe force-temps lors de la mise en contact de la brosse et du gel greffé chimiquement sur une plaque support à l’état hors équilibre initial et à l’état d’équilibre (droite).

119 L’évolution de l’énergie d’adhésion de l’hydrogel de PDMA_P10-R2, maintenu chimiquement au cours de l’immersion est identique, aux erreurs de mesure près, aux résultats du suivi cinétique effectué sur le gel de PDMA_P10-R2 maintenu mécaniquement par la plaque percée (Figure 3.6). Par ailleurs, on peut remarquer sur le détail de la courbe force-temps qu’il n’y pas de décalage du temps de mise en contact lors de la compression du gel par la brosse, argument de l’absence de courbure de la surface du gel. Le système de fixation n’est donc pas remis en cause à ce stade. Il n’est pas responsable du phénomène de perte cinétique d’adhésion lors de l’immersion.

Dans ces conditions comment expliquer l’évolution de l’adhésion constatée ?