Paramètre d'étalement
La capacité du liquide à s'étaler ou non peut être caractérisée par un paramètre d'étalement S . Il existe deux types d'étalement suivant le signe de S :
- si S < 0 : le liquide forme une goutte, on parle de mouillage partiel.
- si S > 0 : le liquide s'étale sur toute la surface, on parle de mouillage total.
S représente la "différence d'énergie par unité de surface entre solide sec et solide recouvert d'un film liquide".
avec γsv, γsl et γlg respectivement la tension superficielle à l'interface solide-vapeur, solide-liquide et liquide-vapeur.
Ce coefficient d'étalement s'exprime en J/m² ou en N/m.
(Voir onglet "Nos expériences" sur l'étalement d'un liquide sur différentes surfaces).
Angle de contact statique
L'étalement d'un liquide est directement lié à son angle de contact. Plus le paramètre d'étalement est petit, plus le cosinus de l'angle de contact est grand :
Le point orange sur le schéma correspond à l'intersection entre les trois interfaces liquide-solide, liquide-gaz
et solide-gaz qui définit les phénomènes de mouillage, appelé aussi point triple. Θe correspond à l'angle de
contact d'équilibre entre ces trois interfaces. Il résulte donc de la compétition entre les tensions superficielles
des différentes interfaces solide/liquide, solide/vapeur et liquide/vapeur. On introduit l'équation classique
de Young-Dupré :
Selon les différentes valeurs de l'angle de contact d'équilibre, on a :
- Θe = 0 correspond à un étalement total du liquide sur la surface ("mouillage parfait").
- Θe < 90° correspond à un mouillage partiel pour une surface hydrophile.
- Θe > 90° correspond à un mouillage partiel pour une surface hydrophobe.
Plus l'angle de contact θe augmente, moins le liquide mouille la surface solide. La mesure de l'angle de contact est donc une manière expérimentale pour caractériser la mouillabilité d'un liquide sur une surface donnée.
Mais nous constatons dans la pratique que cet angle de contact n'est pas unique.
Par exemple, lors d'un épisode de rosée, des gouttes d'eau vont apparaître sur une feuille avec des tailles différentes. Ceci est dû à ce qu'on appelle l'hystérésis de l'angle.
(Cet aspect du cours ne sera pas détaillé ici car nos vidéos n'abordent pas ce sujet).