2.2 Dispositif de la plaque
2.2.4 Essais de mouillage
Cette partie du montage (voir 2.13) est destinée à étudier le cas d’une faible zone de contact entre le fluide et la plaque. Nous nous intéressons aux propriétés de mouillage sur la plaque et nous cherchons à utiliser ce dispositif pour mesurer directement la tension su- perficielle en procédant à des essais empruntés à la méthode de Wilhelmy. Ces expériences sont particulièrement sensibles. Elles requièrent une grande précision lors des mesures no- tamment au niveau de l’alignement. Aussi, une attention particulière doit être portée à l’état de surface des plaques utilisées avant chaque essai. Pour ces essais de mouillages, nous remplacerons le mot ‘plaque’ par ‘lame’.
Figure2.13 – Essais de mouillage : Montage de mesure.
Lames : nous avons utilisé des lames en verre et des lames métalliques. Afin d’étudier l’impact des paramètres géométriques du système sur la mesure en retrait, nous avons utilisé des lames métalliques d’épaisseurs 10−4, 3.10−4, 5.10−4, 10−3 et 0.002 m, et de lar-
geurs 0.07 m. En effet, nous avions besoin d’une large gamme d’épaisseur (surtout des très faibles) et les lames en verre sont vendues uniquement en tailles standards avec trop peu d’épaisseurs différentes.
L’impact des propriétés rhéologiques du fluide a été étudié en utilisant des lames de verres d’épaisseurs 0.13 µm, de largeur 70 mm et de hauteur 50 mm. Avant chaque utilisa- tion, les lames métalliques sont simplement nettoyées sous l’eau du robinet, ensuite rincées avec de l’eau distillée. En revanche, nous traitons la surface des lames de verre afin de re- tirer les éléments adsorbés dessus, ce qui les rend de nouveau hydrophiles. Nous cherchons aussi par ce traitement à créer une légère rugosité qui pourrait éviter un éventuel glisse- ment du ménisque le long de la lame. Nous réalisons ce traitement par abrasion. Pour ceci, nous utilisons un feutre sur tige (voir fig.2.14) et du cérox, une poudre blanche d’oxyde de cérium raffiné. Nous chargeons d’abord le feutre avec une pâte obtenue en mettant en
suspension, dans l’eau, le cérox (20% en masse). Ensuite, nous polissons manuellement la surface de verre avec le feutre et nous continuons à frotter avec le feutre sous l’eau du robinet pour retirer la poudre qui a collé. Afin d’éviter de casser les lames lors du polis- sage, nous réalisons cette opération en les gardant à plat sur une surface vitrée que nous nettoyons préalablement. Enfin, nous rinçons à l’eau distillée et nous les séchons en les laissant en position verticale quelques minutes.
Figure2.14 – Photo du feutre de polissage.
Cuve & racleur : pour une lame qui rentre ou qui sort du bain, le fluide doit pouvoir être assimilé à un bain de taille infinie. Les dimensions de la cuve ont été choisies dans ce but. La déformation (due aux effets capillaires et/ou élastiques) de la surface de contact avec la lame joue un rôle primordial dans le mécanisme étudié. Il est alors important que cette déformation provienne uniquement de la présence de la lame. L’influence des bords ne doit pas se faire ressentir, et ceux-ci doivent être suffisamment éloignés de la zone observée. Une cuve de 10 cm et 15 cm de côtés semble être de taille raisonnable. La distance entre les bords et la plaque est de l’ordre de 30 longueurs capillaires, soit 30 fois la distance sur laquelle les effets capillaires se font ressentir. Nous pouvons donc considérer les effets de bord comme négligeables.
Au départ, nous avons utilisé des cuves simples que nous posions sur le plateau in- férieur de la machine. Cependant, avec ces cuves, nous étions régulièrement confrontés à des difficultés dues à des défauts d’alignement. En effet, le parallélisme entre l’arête de la lame de verre et la surface du fluide fait partie des conditions essentielles lors de la mise en contact lame/fluide. Or, la mauvaise horizontalité de la cuve et la tendance de l’inter- face à se courber en raison d’effets élastiques du matériau, ne permettent pas de satisfaire facilement à cette condition.
Cela nous a donc amené à réfléchir à des solutions permettant de pallier à ces problèmes. Nous avons construit une nouvelle cuve de bords parfaitement plans. Elle est portée par un support fixé sur l’adaptateur du socle de la machine, qui a l’avantage d’être muni des vis permettant un réglage précis de l’horizontalité de la cuve.
Ensuite, afin de corriger le défaut de planéité de la surface du fluide, il a fallu trouver une solution pour lisser cette surface et effacer sa courbure. Nous avons procédé par arasement du fluide en s’appuyant sur les bords de la cuve. Plusieurs procédures ont été testées. Le résultat dépend de la vitesse de raclage, de l’angle entre la plaque de raclage et la surface du fluide et de l’état de surface de cette plaque (souvent, des vagues se formaient à la surface). Nous avons abouti à une solution qui consiste à araser la surface à vitesse constante et avec une plaque inclinée de 45◦ et d’arête inférieure lisse. Nous avons, ainsi, monté un système
de raclage que nous avons fixé au dessus de la cuve (Fig.2.15). Ce système contient une plaque en métal coulissante sur les bords supérieures de la cuve, reliée, d’un coté à la traverse de la machine de force, et, de l’autre coté, à un ressort. Remonter la traverse, à vitesse constante, permet d’entraîner la plaque, qui avance, à la même vitesse, en raclant la surface du fluide. A l’arrivée en bout de cuve, la plaque est soulevée avant qu’elle soit lâchée pour qu’elle retrouve sa position initiale. Cette solution nous permettait d’avoir une surface plane pendant quelques minutes. La mesure doit se faire rapidement, parce qu’au cours du temps, cette surface tend à se courber de nouveau en raison d’effets élastiques dans le fluide.
Figure2.15 – Photo du système de raclage monté sur la cuve.
Pince : Nous avons utilisé une pince à mâchoires plates (Fig.2.16) . Elle était conçue, non seulement pour fixer l’objet solide à utiliser (lame, plaque ou cylindre) et assurer sa droiture mais aussi pour permettre d’ajuster finement sa position (verticalité et horizon- talité) et optimiser ainsi le parallélisme entre sa section inférieure et la surface du fluide, conditions indispensables pour une mesure contrôlée.
Figure2.16 – Photo de la pince.