E Objectifs général et spécifiques

Comme mentionné précédemment, l’objectif principal de cette étude est d’élucider le méca- nisme sous-jacent aux propriétés nanotribologiques des monocouches de microgels.

Les objectifs spécifiques sont :

1) Étudier l’impact de l’élasticité des microgels sur les propriétés tribologiques

Pour cela, il faut développer un protocole de synthèse de microgels de pNIPAM avec taux de réticulation variable, qui soit fiable – c’est-à-dire menant à une seule population de nanoparticules sur plusieurs synthèses – et flexible – permettant de modifier leur compo- sition sans modifier drastiquement les propriétés thermosensibles

2) Étudier la nature du greffage sur le substrat les propriétés tribologiques et sur leur résis- tance à l’usure.

Il faut élaborer et optimiser un protocole de greffage physique et chimique des microgels sur des surfaces compatibles avec les techniques d’analyse (telles que le mica ou la silice) afin d’obtenir des couches denses et stables.

3) Étudier l’effet de la nature du sel ajouté afin de mieux comprendre le rôle des charges dans le comportement des microgels : le tétraphénylborate de sodium (TPB), sel connu pour ses effet sur la charge et la PTT du pNIPAM,14,15 _{sera employé pour étudier ses effets}

sur la tribologie de nos systèmes. Un sel inerte, le nitrate de sodium (NaNO3), sera utilisé

comme référence, pour se placer dans les mêmes conditions de force ionique qu’avec le TPB.

4) Étudier l’effet de la compression, de la vitesse de cisaillement, de l’aire de contact et de la viscosité du milieu dans lequel les microgels sont immergées sur le comportement tribo- logique des différents systèmes étudiés afin d’établir un modèle quantitatif décrivant le comportement particulier des monocouches de particules discrètes molles. Ce modèle a pour but de mettre en lumière le mécanisme sous-jacent aux propriétés exceptionnelles des microgels dans certaines conditions.

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Le Chapitre I (dans lequel s’inscrit la présente section) est une étude bibliographique rapportant les éléments nécessaires à la compréhension du projet détaillé dans cette thèse.

Le Chapitre II présente dans une première partie l’intégralité des produits commerciaux utilisés au cours de ce projet, puis dans une seconde partie explique en détail le principe des appareils de mesures utilisés, à savoir la Diffusion Dynamique de la Lumière (DLS), l’appareil de mesure de la mobilité électrophorétique et du potentiel zêta, la Microbalance à Cristal de Quartz avec me- sure de Dissipation (QCM-D), le Microscope à Force Atomique (AFM), et enfin l’Appareil de Forces de Surface (SFA) qui permet la mesure de forces normales et latérales pour de décrire les interac- tions hors contact, l’adhésion et le frottement entre deux surfaces.

Le Chapitre III rapporte les résultats obtenus au cours du projet, et la discussion de ces résultats. Il est pour cela divisé en quatre parties. La partie III-A détaille les différentes synthèses de micro- gels de pNIPAM effectuées, et la caractérisation des microgels ainsi préparés en solution dans l’eau Milli-Q, puis en présence des sels qui seront utilisés lors des expériences tribologiques, à l’aide de la DLS, de la mesure de la mobilité électrophorétique et de l’AFM. La partie III-B explicite les différentes méthodes de dépôt des microgels en couches supportées, l’élaboration du proto- cole de greffage chimique, et la caractérisation de ces greffages à l’aide de l’AFM. La partie III-C est centrée sur les résultats principaux de cette thèse, à savoir la caractérisation des propriétés mécaniques et tribologiques des couches de microgels. Dans une première sous-partie III-C.1, nous rapportons la caractérisation des couches à l’aide de la QCM-D, qui apporte des informations sur la variation d’épaisseur et d’élasticité des couches en fonction de la température, de la nature du microgel, du type de greffage, et du sel en présence. La seconde sous-partie III-C.2 traite de l’étude des forces normales de ces couches à l’aide du SFA, et nous renseigne sur l’épaisseur, la rigidité et la robustesse des couches en fonction de la température, de la nature du microgel, du type de greffage et du sel en présence. La dernière sous-partie III-C.3 est constituée de l’analyse tribologique des couches, c’est-à-dire de la mesure des forces lorsque les couches sont cisaillées dans le plan de leur contact. Nous rapportons donc ici l’impact de la température, de la nature des microgels du type de greffage et du sel en présence sur les forces de friction. Par ailleurs,

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cette étude nous renseigne sur la résistance des couches à l’endommagement, et sur l’existence d’une force normale générée lors du cisaillement. Nous y observons également un comportement inhabituel de la force de friction en fonction de la charge normale appliquée (à savoir la force exercée sur les surfaces pour les maintenir en contact). La dernière partie, III-D, rapporte la dis- cussion autour des résultats obtenus. Nous y traitons dans un premier temps du calcul expéri- mental de la force de lift, ainsi que de sa modélisation, et discutons de sa nature. Enfin, nous développons une explication pour le comportement constant de la force de friction avec la charge normale appliquée, qui implique une déformation du substrat causée par l’interaction répulsive à longue portée des couches, et la portée limitée des forces de friction par rapport aux forces normales. En outre, nous validons cette discussion à l’aide d’un calcul de modélisation du contact. Nous concluons ce manuscrit en discutant de la portée générale des résultats. Nous présentons également de nouvelles voies de recherche possibles pour développer des systèmes innovants, et approfondir la compréhension de systèmes existants, tel que les articulations mammaliennes.

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