Dispositif expérimental de Sudre et al

3.3. Dispositif expérimental de Sudre et al.

La boîte dans laquelle le test d’adhésion est effectué, est faite d’un alliage d’aluminium anodisé (Figure 1.10) [118]. Les schémas descriptifs selon différents angles de vue sont donnés en Figure 1.11. Elle est constituée de deux compartiments séparés hermétiquement. Dans le compartiment d’essai où a lieu le test de contact, un emplacement spécial est prévu pour le maintien de l’hydrogel. Ce dernier est synthétisé sous forme de plaque de 1 à 2 mm d’épaisseur et maintenu grâce à un greffage chimique lors de la synthèse sur un substrat de quartz. Ce système de maintien chimique implique que le gonflement du gel à l’état de préparation soit quasi identique à celui à l’état de gonflement à l’équilibre. En effet si la variation de gonflement est trop importante, les contraintes liées aux tensions des chaînes sont susceptibles de rompre les liaisons covalentes créées et d’entraîner le décollement du gel de son support lors de son équilibrage, rendant le test d’adhésion impossible à effectuer.

Figure 1.10 Représentation 3D du dispositif « boîte » permettant d’effectuer le test d’adhésion en contact plan-plan entre un hydrogel et une brosse de polymère en conditions immergées [118].

La boîte est fixée à une machine de traction Instron modèle 5565 sur laquelle une cellule de force de 10 N est adaptée. Le bruit sur la cellule de force est de l’ordre de 0,1 mN.

Avant l’immersion en solution, les deux surfaces sont alignées dans l’air. Le contact est visualisé grâce à deux fenêtres (en position latérale et en dessous de l’échantillon en Figure 1.8) pour une

31 déformation correspondant à environ 20 % de la déformation appliquée lors du test d’adhésion. Sous l’effet de la compression, une partie de l’eau contenue dans le gel est expulsée et mouille la surface de la brosse. Le contact est considéré comme total si l’ensemble de la surface de la brosse est mouillée. Si ce n’est pas le cas, un système ingénieux de doubles plateaux reliés en trois points par des vis micrométriques, permet de minimiser l’angle de contact entre les deux surfaces.

Figure 1.8 Différentes vues du dispositif expérimental pour la mesure de l’adhésion immergée d’un hydrogel gonflé à l’équilibre : (a) vue de dessus, (b) vue de côté, (c) coupe transversale [118].

1. Compartiment chauffant 2. Compartiment d’essai 3. Support de l’hydrogel 4. Circulation du liquide thermostaté 5. Miroir 6. Fenêtre latérale 1 7. Echantillon 8. Fenêtre de dessous 9. Fenêtre latérale 2 10. Vis pour l’alignement 11. Connecteur à la machine de traction

(a) (b)

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3.3.2. Hétérogénéités de concentration en surface

L’hypothèse avancée pour justifier l’existence d’une énergie d’adhésion mesurée entre la brosse et le gel est qu’elle est due à la formation de liaisons hydrogène multiples directement reliée aux nombres de fonctions susceptibles d’interagir et donc à la concentration en polymère. La coopérativité des liaisons formées assure une relative stabilité des interactions aux temps longs. Pour caractériser la concentration surfacique en polymère à l’interface gel/brosse lors de la phase de compression, Sudre a effectué des mesures de profils de densité de concentration en réflectivité de neutrons [119].

La première mesure consiste à comparer les profils obtenus selon que le gel est comprimé ou non (Figure 1.9). Si le contact avec le gel est à force nulle, la concentration en polymère est de l’ordre de 0,4 % contre 6,9 % si le gel est comprimé d’environ 10 %.

Figure 1.9 Dispositif pour la mesure en réflectivité de neutrons en cellule fermée : (A) le gel gonflé dans D2O est placé sur un wafer de silicium à force de compression nulle, (B) le gel est comprimé de 10% contre le wafer de silicium [119].

Sachant que la concentration massique du gel à l’équilibre de gonflement est de 7,1 %, la compression du gel de PDMA par la brosse lors que test d’adhésion permet de faire l’hypothèse qu’au cours de la mesure, la concentration surfacique en polymère est sensiblement la même que la concentration volumique.

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3.3.3. Réversibilité de l’adhésion en fonction du pH

Sudre a montré qu’il était possible de créer d’une adhésion réversible et stimulable en utilisant un système modèle dans lequel l’association par liaisons hydrogène est contrôlée en fonction de la valeur du pH (Figure 1.10).

Figure 1.10 Associations macromoléculaires réversibles en fonction du pH de la solution aqueuse entre un hydrogel (chaînes grises) et une brosse de polymère (chaîne noire) [118].

En mettant la brosse en contact avec l’hydrogel, Sudre a étudié l’effet des interactions mises en jeu à l’interface par détermination des profils de densité de concentration en polymère relatifs à la brosse par réfléctivité de neutrons [120]. Ainsi à pH élevé, la brosse de PAAc est ionisée et il n’y a pas d’interactions spécifiques avec le gel. La structure de la brosse est alors identique qu’elle soit gonflée dans l’eau ou dans le gel. Lorsque le pH diminue, la brosse est progressivement protonée et peu alors s’associer par liaisons hydrogène avec le gel de PDMA. La brosse est plus étirée en présence du gel que dans l’eau (Figure 1.11). Les interactions spécifiques avec le gel sont responsables de cet étirement additionnel. A l’interface gel/brosse se crée une interphase volumique due à l’interpénétration de la brosse dans le gel.

Figure 1.11 Représentation schématique de la structure de la brosse en contact de l’hydrogel et dans l’eau à pH = 2. La brosse est plus étirée en présence du gel ce que montre les expériences en réflectivité de neutrons. hg et hw sont les hauteurs moyennes de la brosse en présence du gel et dans l’eau respectivement [120].