Donn´ees

3.1.3.1 D´etails sur les manipulations

Avant de pr´esenter les donn´ees ainsi que les r´esultats de certains calculs il convient d’expliquer en quoi ont r´eellement consist´e les manipulations. Il faut consid´erer ici qu’une “exp´erience” d´esigne le d´epˆot d’une goutte d’un fluide donn´e sur un substrat donn´e et l’observation de l’´etalement de cette goutte. L’observation est faite via une cam´era qui prend des photos de la goutte vue de profil.

Pendant l’exp´erience, les photos sont prises `a un intervalle r´egulier d’une seconde. Il est bon de savoir que le d´eclenchement de la s´erie de photos est fait manuellement et ce “un peu apr`es” que la goutte soit d´epos´ee. Il existe donc un certain d´elai entre ces deux ´ev`enements, qui peut varier d’une exp´erience `a l’autre. Sur la s´erie de photos obtenues, un logiciel commercial est utilis´e pour d´etecter automatiquement les angles de contact et agr´eger les valeurs mesur´ees en une valeur moyenne, accompagn´ee, bien entendu, d’une estimation de l’erreur faite sur cette valeur.

Tˆole Etats de surface (couches pr´esentes)´ Fluide Phosphatation cataphor`ese (type 781) Sealer

Polis (DBP16) sealer laque Rugueux (EXP3) sealer laque

Table _{3.3 – R´esum´e des exp´eriences conduites. En gris, les revˆetements appliqu´es sur} l’´echantillon de la ligne courante.

Le mat´eriel utilis´e ici fut un microscope G1 de Kr¨uss ainsi que le logiciel d’analyse Drop Shape Analysis 1.80 lui aussi fourni par Kr¨uss. La cam´era avec laquelle les photos ont ´et´e prises est une cam´era vid´eo CCD de Sony (XC 77CE).

Pour un mˆeme fluide et un mˆeme substrat, la manipulation d´ecrite pr´ec´edemment a ´et´e r´ep´et´ee plusieurs fois. Lors de l’exploitation des donn´ees, le r´esultat d’une seule de ces r´ep´etitions est conserv´e et le choix se fait suivant qu’il y ait eu ou non des doutes sur le d´eroulement de l’exp´erience (incident de manipulation, fluide devenu trop visqueux et n´ecessitant d’ˆetre chang´e, etc) et suivant l’erreur estim´ee pour la valeur inf´er´ee par le logiciel.

Nous avons ainsi pu obtenir des donn´ees qui semblent coh´erentes pour les exp´eriences impliquant les liquides ´etalons. En revanche, et comme nous le verrons plus loin, la ma- nipulation de la laque et du sealer sous forme liquide a ´et´e beaucoup plus d´elicate et les donn´ees recueillies lors des exp´eriences correspondantes sont malheureusement tr`es peu fiables.

3.1.3.2 Exemples de donn´ees

Les figures 3.5, 3.6 et 3.7 pr´esentent certaines des photos sur lesquelles les angles de contact ont ´et´e mesur´es. Elles sont regroup´ees afin d’illustrer les divers ph´enom`enes qui peuvent entrer en jeu dans l’´etalement des gouttes. La figure 3.5, qui pr´esente l’´etalement d’un mˆeme liquide sur deux substrats qui ne diff`erent que par leurs rugosit´es, fait r´ef´erence `a l’influence que la g´eom´etrie de surface peut avoir sur cet ´etalement. La figure 3.6 illustre le fait que les angles de contact sont fortement influenc´es par la nature du liquide qui constitue la goutte, puisqu’ici le substrat est identique pour les deux photos.

3.1.3.3 Exploitation des donn´ees

En utilisant uniquement les mesures effectu´ees avec les liquides ´etalons, le logiciel que nous avons utilis´e permet de d´eterminer automatiquement les tensions de sur- face caract´eristiques de l’interface solide - air. Ce calcul est fait selon la m´ethode dite d’Owens, Wendt, Rabel et Kaelble, qui implique une r´egression lin´eaire sur un ensemble de points (x, y) d´etermin´es comme suit :

D´etermination de l’abscisse :

x = s

ΣP(liquide)

(a) Formamide sur une tˆole rugueuse re- couverte de cataphor`ese

(b) Formamide sur une tˆole polie recou-

verte de cataphor`ese

Figure_{3.5 – Observations effectu´ees avec un mˆeme liquide sur deux types de surfaces} (rugueuse et polie) pr´esentant le mˆeme revˆetement.

(a) Eau sur une tˆole polie recouverte de

sealer

(b) Formamide sur une tˆole polie recou-

verte de sealer

Figure_{3.6 – Tests effectu´es avec deux liquides ´etalons diff´erents sur deux ´echantillons} identiques.

Avec :

Σ est la tension de surface : Σ = ΣD+ ΣP

ΣD est sa partie dispersive

ΣP est sa partie polaire

θ est l’angle de contact

Les r´esultats sont pr´esent´es sur la table 3.4. A titre de remarque nous pouvons noter que la rugosit´e semble influencer la tension de surface `a l’interface air - solide. Il est tr`es net que pour des surfaces revˆetues de cataphor`ese, cette tension de surface est plus importante en pr´esence de rugosit´e que lorsque la surface initiale est polie. Pour des surfaces revˆetues de sealer, la tension de surface (partie polaire + partie dispersive) ne semble pas ˆetre influenc´ee par la rugosit´e. En revanche, la d´ecomposition de cette tension suivant ses composantes polaire et dispersive est significativement diff´erente, la surface rugueuse semblant ainsi ˆetre plus polaire que la surface initialement polie.

Les donn´ees r´ecolt´ees lors du d´epˆot de gouttes de sealer et de laque sont beaucoup plus difficiles `a interpr´eter. Ceci est dˆu en premier lieu aux difficult´es rencontr´ees lors de la manipulation de ces deux liquides. En effet, aussi bien la laque que le sealer sont des liquides complexes compos´es en partie de solvants en quantit´e suffisante pour

(a) Sealer sur une tˆole polie recouverte de cataphor`ese

(b) Laque sur une tˆole polie recouverte

de cataphor`ese

Figure _{3.7 – Tests effectu´es avec du sealer et de la laque.}

RUGUEUSE CATA POLIE CATA

ΣP(solide) 6.99 ±0.07 ΣP(solide) 6.87 ±0.05

ΣD(solide) 30.9 ±0.15 ΣD(solide) 28.26 ±0.11

RUGUEUSE SEALER POLIE SEALER

ΣP(solide) 2.2 ±0.04 ΣP(solide) 1.08 ±0.08

ΣD(solide) 35.65 ±0.10 ΣD(solide) 36.92 ±0.28

Table _{3.4 – R´esultats pour la tension de surface solide - air (mN/m). Symboles :} “RUGUEUSE” : tˆole rugueuse ; “POLIE” : tˆole polie, “CATA” : tˆole revˆetue de cat- aphor`ese ; “SEALER” : tˆole revˆetue de sealer

que les produits puissent ˆetre stock´es sous forme liquide. Mais ces solvants sont aussi suffisamment volatiles pour que le produit s`eche tr`es rapidement une fois d´epos´e. Et c’est sans doute l`a que se situe la source de la plupart des probl`emes que nous avons pu rencontrer lors des exp´eriences. En effet, une fois la goutte d´epos´ee, nous n’avons jamais pu constater une quelconque stabilisation de son angle de contact comme cela est visible sur la figure 3.8.

Parfois mˆeme, le comportement de la goutte et de son angle de contact s’est av´er´e particuli`erement pathologique comme en t´emoignent les graphiques de la figure 3.9. En effet, on observe sur ces graphes des sortes de paliers le long desquels l’angle de contact semble se stabiliser. La premi`ere id´ee qui vient `a l’esprit pour essayer de comprendre ce qui se passe est de penser aux ´evaporations successives de plusieurs familles de solvants qui modifierait ainsi brutalement la composition de la goutte et donc ses propri´et´es physiques.

Malheureusement cela n’a pas pu ˆetre observ´e sur les exp´eriences men´ees sur des tˆoles polies et pr´esentant le mˆeme ´etat de surface (cf figure 3.8). Aussi, comme le com- portement “en paliers” semble n’avoir ´et´e observ´e que sur des tˆoles rugueuse, nous pou- vons imaginer qu’il s’agit l`a d’un effet de la rugosit´e. Les donn´ees sont malheureusement trop impr´ecises pour pouvoir aller plus loin dans la compr´ehension de ce comportement. En effet, il faut aussi noter que d’une s´erie de mesures `a l’autre, il est arriv´e aussi que l’on observe des diff´erences significatives et de grande ampleur (mˆeme si cela n’avait

lors de l’exp´erience de renouveler fr´equemment (toutes les 1 ou 2 minutes) le liquide contenu dans la pipette, mais cela n’a pas suffit `a supprimer les fluctuations observ´ees... Le lecteur comprendra donc que malgr´e nos efforts nous n’avons pu recueillir de donn´ees suffisamment pr´ecises concernant le comportement des gouttes de laque ou de sealer pour qu’elles vaillent la peine d’ˆetre pr´esent´ees et ´etudi´ees plus avant.