C.3 Forces de surface dynamiques

Nous savons donc maintenant que la thermosensibilité des microgels est conservée après adsorp- tion, que les couches de MPNR se comportent de façon plus rigide que les MPNS, que la chimi- sorption mène à des couches plus robustes, et que la présence de TPB impacte la PTT et l’épais- seur de la couche quel que soit le microgel, et la valeur du mur dur pour les MPNS. Maintenant que ces propriétés statiques sont établies, il est possible de comparer leur comportement sous contrainte dynamique, c’est-à-dire sous l’effet d’un cisaillement dans le plan du contact des sur- faces SFA. Pour cela, la surface inférieure est mise en mouvement d’aller-retour par l’intermé- diaire d’un actuateur piézoélectrique, alors que la surface supérieure est statique et montée sur des ressorts dotés de jauges de contrainte (Figure III-69).

Figure III-69. Schéma de fonctionnement des mesures SFA dynamiques.

Ainsi, lorsque la surface inférieure se déplace, plusieurs situations peuvent se présenter, toutes ayant été observées au cours de nos expériences :

- La surface supérieure ne se met pas en mouvement, donc pas de couplage entre les deux surfaces. Ceci signifie donc qu’il n’y a pas de force de friction (ou trop faible pour être mesurée avec notre appareil), ce qui peut avoir deux explications : soit les surfaces ne sont pas en contact, soit les surfaces sont parfaitement lubrifiantes.

- La surface supérieure se met en mouvement en suivant parfaitement la surface supé- rieure, avec la même amplitude de déplacement et sans déphasage, signifiant qu’il y a couplage absolu entre les deux surfaces. Cela implique qu’il n’y a pas de glissement entre les deux surfaces, et en conséquence qu’il n’y pas de friction, seulement adhésion.

168

- La surface supérieure se met en mouvement, sans déphasage, mais avec une amplitude de mouvement plus faible. Il y a donc encore une fois couplage entre les surfaces, mais toujours pas de glissement : les couches de microgels se déforment. La force alors mesu- rée n’est pas une force de friction, mais une force de rappel. Ce cas est généralement observé lorsque l’amplitude du mouvement imposé par la surface inférieure est tout au plus comparable aux dimensions de la couche molle considérée, par exemple lorsque l’amplitude est comparable au diamètre des microgels.

- La surface supérieure se met en mouvement, et il y a glissement entre les surfaces. Il s’agit du cas général : ce mouvement peut avoir la même amplitude ou non que la surface infé- rieure, et n’est pas forcément en phase. Il est dû à l’apparition d’une force de friction Ff

dans la direction de translation, force qui résiste au mouvement et entraîne la surface supérieure. Ceci déforme en conséquence les ressorts supportant la surface, dont nous sommes en mesure de quantifier la déformation et donc de calculer la force de rappel qui équilibre la force de friction.

Avec cet appareil de mesure de forces statiques et dynamiques, il est donc possible de mesurer simultanément le mouvement latéral imposé à la surface inférieure et la déformation des ressorts de la surface supérieure, ainsi que les paramètres utilisés précédemment pour construire les pro- fils de force, à savoir le mouvement normal imposé à la surface inférieure, la distance de sépara- tion des surfaces et les variations d’épaisseur au cours du cisaillement. Ces différentes mesures permettent ensuite de calculer les forces de friction et les forces normales en se référant aux profils de force construits auparavant, qui serviront à quantifier plus en détails les propriétés mé- caniques sous cisaillement des systèmes.

Notons également que dans le cas des mesures de forces statiques, nous avons considéré que la résultante des forces de surface était égale à la force de rappel du ressort (Équation XXVII). En revanche, cette hypothèse n’est plus valable si une force normale induite par le cisaillement ap- parait, telle que la force de lift décrite dans le chapitre I-C. Dans ce cas, la force de lift doit être prise en compte dans le bilan de forces. Afin de garder une référence objective affranchie des variations du système, nous considèrerons la valeur de la force exercée par le ressort 𝐹 (Équation XXVI) sans cisaillement comme condition expérimentale, et la nommerons « charge

169

normale appliquée » par la suite. En outre, nous ne prenons pas en compte la déformation élas- tique du substrat (c’est-à-dire la déformation élastique de la colle et du mica sur les cylindres), qui peut avoir un impact. Nous discuterons de ce point en détail par la suite, dans la partie III-D.2. Dans un premier temps, nous aborderons les résultats avec les microgels les plus mous, les MPNS, physisorbés sur leur substrat en présence de 1 mM de NaNO3. Nous tâcherons de détailler le plus

exhaustivement possible ce système, afin de comparer par la suite ces résultats à ceux obtenus sous différentes conditions expérimentales, à savoir en remplaçant le nitrate par le TPB, en mo- difiant la nature du greffage, et enfin en changeant la nature des microgels.

Dans les résultats que nous présentons par la suite, nous n’avons encore une fois pas affiché les erreurs. Cette décision repose sur le fait que les erreurs de mesures de force sont inférieures à l’intervalle de confiance des jauges de mesures, qui est d’environ 0,02 mN. Représenter des barres d’erreurs identiques sur tous les points ne ferait donc qu’alourdir les figures et la lecture.