Experience

Après la conception de polymères par électrodéposition, il faut analyser les surfaces obtenues pour déterminer leur nature (hydrophile, hydrophobes ou superhdrophobes). Pour cela le goniomètre et le profilomètre ainsi que le microscope sont utilisés pour avoir l'angle apparent $θ_{W}$, l'hystérèse $H_{W}$, l'angle de glisse $α_{W}$ et la rugosité de la surface $R_{q}$.

Analyses au goniometre

D'après le diagramme représentant les différents angles de contact pour une surface lisse ou rugeuse, il est clair que l’angle de contact que forme une goutte d’eau sur une surface lisse est inférieur à celui de cette goutte sur une surface rugueuse. Ceci est d’ailleurs vérifiable sur les valeurs du tableau obtenu qui nous donne l'angle apparent, l'hystérèse, l'angle de glisse et la rugosité de la surface Rq. Ainsi la rugosité de la surface implique un effet direct sur la valeur de l’ange de contact. En effet, la formule de Wenzel confrme bien les résultats obtenus, le facteur de rugosité étant supérieur à 1, la relation de Wenzel prévoit que l'hydrophobie est renforcée par la présence de rugosité.

D'après les valeurs du tableau, il est constaté que plus il y a de carbones il y a dans les polymères et plus l’angle de contact augmente. La variation de l'angle de contact est clairement mise en valeur lorsque le polymère est composé de fluor, la surface peut passer de l’état hydrophobe à l’état superhydrophobe quand il y a passage de surface lisse à une surface rugueuse. Cette superhydrophobie peut être atteinte avec angle maximal de 160°. Pour avoir une barrière efficace contre l’eau, la présence de fluor est essentielle dans le polymère. Cela a été observé et démontré dans les études de notre groupe de recherche, notamment dans les travaux de Mr Thierry Darmanin.

En ce qui concerne les polymères contenant des atomes d’hydrogène, les propriétés chimiques prévalent. En effet malgrè une augmentation de la rugosité, les angles de contact observés sur les surfaces lisses et rugueuses ne varient pas beaucoup. Ce n’est pas le cas pour les polymères fluorés puisque les angles de contacts obtenus pour les surfaces lisses sont bien moins élevés que ceux observés sur les surfaces rugueuses, ce qui montre que les microstructures formées sur la surface augmentent l'angle de contact. Les figures obtenues le confirment bien.

En sachant que la tension superficielle est un phénomène d'augmentation ou diminution de l'énergie entre deux milieux qui ne se mélangent pas (un liquide et un solide par exemple), l'imperméabilité des composés fluorés repose sur la diminution de l'énergie de surface du matériau traité. Ainsi pour ce travail si la goutte d'eau repose sur un matériau à faible énergie de surface, les forces d'attractions de la goutte seront prépondérantes et la goutte aura tendance à minimiser la surface de contact avec le solide.

Dans le cas où un liquide (comme l'eau) est en contact avec un solide, le liquide va toujours essayer de minimiser sa surface de contact avec le solide, les molécules qui composent la goutte d'eau sont attirées entre elle par la force électrostatique. Cette propriété est apportée par les atomes de fluor, qui confère une tension superficielle très basse au support. Or plus la tension superficielle est élevée et plus l'adhésion d'une substance appliquée sur le matériau sera bonne, c'est-à-dire que le liquide aura tendance à rester sous forme de sphère. Le groupe fluoré apporte la résistance à l'eau. Cette propriété est due à l'atome de fluor qui développe peu d'interactions avec les autres éléments chimiques, d'où son caractère "répulsif" vis-à-vis de l'eau.

Les angles d'avancée ($θ_{A}$) et de recul ($θ_{R}$) sont les deux valeurs caractérisant l'hystérésis (H) de mouillage d'une surface la plus petite. La différence entre ces deux angles limites est appelée hystérèse de l'angle de contact. Elle se note donc : $$ H=θ_{A}-θ_{R}$$

Lorsque la surface solide n'est pas homogène, l'effet d'ancrage peut avoir lieu partout. Il en résulte que l'angle de contact peut varier à tout endroit de la surface. On appelle angle d'avancée la valeur la plus grande de l'angle de contact et angle de reculée la plus petite. La ligne de contact ne se met à avancer que si l'angle de contact est supérieur à l'angle d'avancée. De même, elle ne recule que si l'angle de contact est inférieur à l'angle de reculée . D'après le Tableau , l'hystérésis existe seulement pour les polymères composés de fluor. Ce résultat confirme les interprétations précédentes, le fluor favorise plus l'hydrophobie d'une surface que l'hydrogène. Même dans la réalisation de la superhydrophobie pour les chaînes d'hydrocarbures, ce genre de polymère présente un angle élevé de l'hystérésis, donc un comportement collant. En pratique, en inclinant le plan d'un angle $α$, la goutte glisse si la surface est superhydrophobe. Plus l'angle de glisse est faible et plus la caractère hydrophobe est mis en valeur. La valeur de l'hystérésis et celle de l'angle de glisse sont très proches.

Nos résultats expérimentaux sont cohérents avec d'autres résultats obtenus par notre groupe de recherche qui a étudié les composants comportant du fluor et qui a constaté qu'ils ont tendance à être superhydrophobe.