Une goutte, deux vitesses : la dynamique surprenante de l’eau sur un élastomère silicone
Si une goutte d’eau dévale généralement un plan incliné à vitesse constante, elle possède deux allures successives sur certains élastomères silicones. Des chercheurs de l’Institut Jean Le Rond d’Alembert et du laboratoire Sciences et ingenierie de la matière molle ont découvert et expliqué le phénomène, provoqué par la présence de chaînes de polymères libres. Ces travaux sont publiés dans la revue Soft Matter.
Très utilisés dans l’industrie et dans la recherche, les élastomères silicones permettent entre autres de fabriquer des canaux microfluidiques pour contrôler avec précision des écoulements microscopiques. Afin de mieux connaître les interactions entre les élastomères silicones et les liquides, des chercheurs de l’Institut Jean Le Rond d’Alembert (CNRS/UPMC) et du laboratoire Sciences et ingénierie de la matière molle (SIMM, CNRS/ESPCI Paristech) ont observé le comportement d’une goutte d’eau déposée sur un plan incliné en élastomère silicone. La goutte dévale d’abord normalement et atteint une vitesse constante, puis, à leur grande surprise, passe à un second régime caractérisé par une vitesse constante différente.
Les chercheurs se sont donc penchés sur la composition des élastomères silicones. Ces matériaux sont constitués de chaînes de polymères attachées par des nœuds, appelés points de réticulation, ainsi que d’un petit nombre de chaînes libres, dites non réticulées. En comparant la dynamique d’une goutte sur un élastomère silicone contenant des chaînes libres avec un élastomère n’en possédant pas, ils se sont rendu compte que la présence des chaînes non réticulées était décisive. Lorsqu’un élastomère silicone est débarrassé de ses chaînes libres, la goutte dévale de manière habituelle. L’équipe a déduit de ces expériences que des chaînes libres recouvrent progressivement la goutte au cours de sa descente, puis provoquent le changement de régime lorsqu’elles l’enveloppent complètement.
Cette étude montre qu’une faible quantité de contaminants peut avoir des effets macroscopiques extrêmes, et propose d’évaluer la présence de chaînes libres en observant la dynamique d’une goutte sur un élastomère.
© A. Hourlier-Fargette (Institut Jean Le Rond d’Alembert)
Chronophotographie d’une goutte d’un mélange eau-glycérol déposée sur un plan incliné en élastomère silicone (la taille de la goutte est de quelques millimètres et l’intervalle de temps entre deux images est égal à une seconde). On observe deux régimes distincts atteints successivement par la goutte, caractérisés par deux vitesses constantes.
Références :
Role of uncrosslinked chains in droplets dynamics on silicone elastomers
Aurélie Hourlier-Fargette, Arnaud Antkowiak, Antoine Chateauminois and Sébastien Neukirch
Soft Matter 13, 3484-3491 (2017)
DOI: 10.1039/C7SM00447H