Baumberger, Bureau, Caroli, Ronsin
GPS, Jussieu
L. Bureau
L'étude de la réponse frictionnelle d'une interface « multicontacts » entre solides macroscopiques nous a récemment permis de montrer que la rhéologie de la couche confinée, d'épaisseur nanométrique, dans laquelle se localise le cisaillement lors du glissement, présente toutes les caractéristiques associées à l'écoulement des solides vitreux faibles : contrainte seuil, vieillissement au repos, rajeunissement par glissement, rhéologie non-newtonnienne. Ceci suggère également l'existence d'une parenté étroite entre ce comportement en frottement sec et la rhéologie de liquides en régime de lubrification ultime, étudiée en machine à forces de surface (SFA). Différentes questions s'ouvrent alors, relatives à cette dynamique vitreuse interfaciale : Nature de l'évolution structurale associée au vieillissement ? Rôle des interactions entre couche glissante et substrat, de la pression de confinement ? Nous présenterons un projet dont le but est de mener en parallèle des expériences de frottement macroscopiques et des expériences en SFA pour étudier la dynamique de milieux vitreux confinés.
O. Ronsin
Nous étudions la dynamique de glissement d'une interface gélatine/verre. A hautes vitesses le glissement est stationnaire et homogène, tandis qu'au dessous d'une vitesse seuil Vc, la dynamique est du type stick-slip, le glissement ayant lieu par nucleation et propagation périodique de pulses de glissement auto-cicatrisants. Nous interpretons cette instabilité du glissement par la nature de la réponse de la couche interfaciale d'épaisseur de l'ordre du pas du reseau polymerique. Celle-ci présente deux contributions : à haute vitesse, la rhéolgie de la couche est celle d'une solution de polymères rhéofluidifiante. A basse vitesse les chaines de la couche ont le temps de former des liens adhésifs avec le substrat et ce d'autant plus que la vitesse est faible, conduisant à un régime d'affaiblissement cinétique responsable de l'instabilité.
S. Bistac
ICSI, Mulhouse
Le comportement tribologique est étudié à l'échelle macroscopique (tribomètre pion/disque) et/ou à l'échelle nanoscopique (AFM). L'influence de l'interface est plus particulièrement analysée, ceci en recherchant d'éventuelles corrélations entre les propriétés de friction et des paramètres interfaciaux tels que l'énergie de surface ou les propriétés adhésives des matériaux.Des études portant d'une part sur les propriétés d'adhésion et de friction d'élastomères modèles, et d'autre part sur la friction, mesurée par AFM, de surfaces nanostructurées sont présentées.L'influence de paramètres structuraux (degré de réticulation ou présence de chaînes libres pour les élastomères, taille et composition chimique des nanodomaines pour les surfaces nanostructurées) et de facteurs expérimentaux (vitesse, force normale...) est analysée. Des mécanismes interfaciaux sont proposés pour expliquer les comportements complexes observés.
J.L. Barrat, E. Charlaix, C. Ybert, C. Barentin, L. Bocquet, L. Joly, A. Steinberger, F. Chiaruttini
LPMCN, Lyon
Nous presenterons les resultats theoriques recents que nous avonsobtenus concernant le glissement defluides sur des surfaces hydrophobes. Nous nous interesserons toutparticulierement aux surfacestexturees. Nous montrerons comment le glissement sur la surface peutetre considerablementaugmente par l'existence d'une transition de demouillage de la rugosite.Les resultats de simulationsde dynamique moleculaire sont compares a une description hydrodynamiquedes effets de surface.Un second aspect concerne la dynamique de la double couche electriquesur des surfaceshydrophobes. Nous soulignerons le lien existant entre les proprietes deglissement et le potentiel zeta.
Dans cet expose, nous presenterons les techniques experimentales misesen place au laboratoirepour étudier les propriétés de liquides simples ou complexes aux petiteséchelles. Un appareil deForce de Surface en mode dynamique (DSFA) a été développé qui nous apermis d'étudierexpérimentalement la condition aux limites hydrodynamique de fluidessimples sur des surfacesde mouillabilité controllée. Ces mesures mettent en évidence l'absencede glissement sur dessurfaces mouillantes. Par contre sur surfaces hydrophobes, des longueursde glissement de l'ordrede 20nm sont mesurées, indépendemment du taux de cisaillement et duconfinement.Nous avons par ailleurs mis en place un dispositif de FCS (spectroscopiede corrélation de fluorescence),qui permet d'analyser la dynamique de traceurs colloidaux fluorescentsau sein d'un volume decontrole. Nous avons utilisé ce dispositif pour l'étude de la dynamiquede colloides confinésentre deux parois de mouillabilités variées, ce qui nous permet in fined'étudier l'hydrodynamique de surface sans forcage extérieur.
L. Bureau, L. Léger
CdF et GPS, Paris
Nous étudions le frottement à une interface entre un réseau caoutchoutique et une brosse du même polymère, en fonction de la vitesse de glissement, de la densité surfacique et de la longueur des chaines greffées. Nous montrons que la dissipation d'énergie est contrôlée, à forte densité de greffage, par la rhéologie des chaînes restant confinées hors de l'élastomère, alors qu'à faible densité surfacique, le frottement provient de l'extraction des chaînes ayant pénétré dans le réseau, comme prédit par le modèle d'Ajdari et al.
Arnaud Chiche et Costantino Creton
ESPCI, Paris
Nous allons présenter quelques données récentes sur les effets de rugosité dans le processus dedécollement d' adhésifs mous en géométrie plane confinée. En particulier le rôle de la topographie de surface surla cavitation et le développement de ruptures interfaciales sera examiné. Nous avons également étudiél'effet du degré de confinement et de l'épaiseur du film sur ces mécanismes de rupture en utilisant commesystèmes modèles deux adhésifs de propriétés viscoélastiques très différentes.
M. Lamblet, L.Léger
Laboratoire de physique des Fluides Organisés, UMR CNRS 7125Collège-de-France,11 place Marcelin Berthelot, 75231 Paris Cedex 05, France.
En jouant sur les caractéristiques de la surface aux échelles nanométriques ou microniques (ajout de nanoparticules plus pôlaires en densité contrôlée ou texturation géométrique), nous étudions les mécanismes de modulation dadhésion entre un revêtement silicone et un adhésif acrylique. Un test de pelage instrumenté permettant un suivi des champs de déformation à linterface et dans la masse de ladhésif est utilisé pour corréler la structure de linterface dune part à son aptitude à résister au contrainte de cisaillement et dautre part à lénergie de pelage.
Laurianne Vagharchakian, Liliane Léger
Laboratoire de physique des Fluides Organisés, Paris
Nous avons développé un test quantitatif de caractérisation de surfaces très faiblement adhésives, basé sur la formation puis la rupture d'un pont capillaire. Nous montrerons quelques applications de ce test pour comparer plusieurs surfaces de revêtements fluorés différents. Le comportement macroscopique du pont capillaire sera corrélé à l'organisation des revêtements aux échelles nanométriques.
Sylvain Meille
LCR Lafarge
Le plâtre est un matériau constitué d’un enchevêtrement d’aiguilles de gypse. Ses propriétés mécaniques sont particulièrement sensibles à l’humidité : à l’état sec, c’est un matériau élastique fragile, et en milieu humide son comportement devient non linéaire, avec une chute des résistances à la rupture. Cette sensibilité se traduit par des problèmes de fluage de plaques de plâtre posées au plafond (déformation visible à l’œil).Nous ferons le point sur les hypothèses de comportement permettant d’expliquer cette sensibilité des propriétés macroscopiques du plâtre avec l’humidité, en considérant le comportement local d’un contact entre deux cristaux de gypse.
Bertrand GUATARBES, Jean-Pierre MONTFORT, Christophe DERAIL
Laboratoire de Physico-Chimie des Polymères, Pau
Le comportement des polymères à l’échelle de quelques nanomètres est un enjeu incontestable pour bien comprendre la dynamique des phénomènes de surfaces. Pour caractériser ces propriétés, différentes techniques sont possibles qui vont de l’AFM à la machine à forces de surfaces qui présente un avantage par rapport à la raideur et à la géométrie de mesure.
Après avoir décrit le principe de la mesure et compris l’importance de l’environnement sur la mesure (température, détection de la surface…), nous proposons de présenter des résultats obtenus sur une machine à forces de surfaces. Il s’agit d’un nanoindenteur commercialisé par la société MTS que nous avons développé comme nanorhéomètre. Les originalités de cet appareil sont :- large gamme de fréquences accessibles (notamment basses fréquences) - développement d’une enceinte thermostatée permettant un maintien des températures de 15 à 30°C à 2/100°C près.Nous avons caractérisé un lot homologue de polybutadiènes linéaires de masse moléculaire variable, adsorbés sur une surface inorganique. Pour des épaisseurs qui s’échelonnent entre le mm et la dizaine de nanomètres, nous avons mesuré la variation du module de cisaillement complexe pour une large gamme de fréquences, dans la zone d’écoulement de ces polymères. Nous mettons en évidence les effets du confinement que nous discutons.
Nous proposons alors une modélisation phénoménologique des phénomènes observés (modèle à trois couches). Nous discutons la généralisation de ce modèle afin de prendre en tenant compte les effets de variation de la température de transition vitreuse proche de la surface.
Julien PARVOLE, Jean-Pierre MONTFORT, Laurent BILLON
Laboratoire de Physico-Chimie des Polymères, Pau
Grâce à sa capacité à former des macromolécules avec des structures et des dimensions macromoléculaires bien définies, la Polymérisation Radicalaire Contrôlée PRC et plus particulièrement par l'intermédiaire de Nitroxyde a été largement décrite depuis bientôt dix ans. Plus récemment cette technique a été utilisée comme un nouvel outil pour la préparation de mono-couches de polymères bien définies pour la synthèse de matériaux hybrides polymère/particules de silice, la formation de brosses de polymère sur wafer de silicium ou mono-couches adsorbées sur particules lamellaires de mica.Les développements apportés dans l'élaboration de nouveaux matériaux ont permis la synthèse de nouvelles mono-couches de polymère possédant une large gamme de polymère organique greffés sur des particules sphérique ou surfaces planes. La fabrication ou la réalisation de surfaces avec des hautes valeurs de densité de greffage sont réalisées par des techniques de "greffage à partir de" ou "grafting from" qui mènent aux valeurs de densité de greffage les plus significatives. Dans ce cas, des amorceurs multi-fonctionnels de type azoïque ou alkoxyamine sont synthétisés et greffés de manière covalente sur une variété de surfaces solides inorganiques pour former des nano-particules hybrides inorganique/organique à base de particules colloïdales de silice ou pour générer des brosses de polymères sur des substrats plans de silicium ou particules lamellaires de mica. Dans une deuxième étape, une polymérisation radicalaire est initiée à partir de la surface sous des conditions contrôlées pour former des mono-couches de polymères ou de copolymères greffées (élastomère, copolymère dibloc amphiphiles, branchés …).
Benoit Coasne1, Renaud Denoyel2, Joël Puibasset3, Roland J.-M. Pellenq4
1 Chemical Engineering Dpt, Riddick labs, North Carolina State University, Raleigh, Box 7905, Raleigh, NC 27695-7905, USA 2 MADIREL, CNRS-Université de Provence, Centre de Saint-Jérôme,13397 Marseille cedex 20 3 CRMD, CRNS-Université d'Orléans, 45071 Orléans cedex 02. 4.CRMC-N, CNRS, Campus de Luminy, 13288 Marseille cedex 09.
Nous présentons une étude théorique et numérique de l'adsorption et de la condensation capillaire en milieux mésoporeux. Nous nous attacherons en particulier à décrire l'effet de la température sur la boucle d'hystérésis observée dans la courbe isotherme d'adsorption/désorption pour des fluides moléculaires confinés au sein de tels matériaux poreux. Dans le cas géométries simples (pores cylindriques), nous mettons en évidence les limites de l'approche «champ moyen» à la base de la théorie de la fonctionnelle densité (DFT) pour des nanopores de quelques nanomètres de diamètre. Nous montrons l'influence de défauts localisés (chimie de surface, rugosité de surface à l'échelle du nanomètre) et de défauts étendus (constrictions, connections inter-pores) sur l'adsorption et la condensation capillaire par simulation de Monte-Carlo dans l'ensemble Grand Canonique (GCMC) dans le cas de gaz rares et de l'eau. Enfin dans le cas de solides désordonnés comme les verres de silice poreux, nous comparons les résultats de l'approche à l'échelle atomique par simulation GCMC avec ceux obtenus par la méthode «champ moyen» sur réseaux développé par Kierlik et al (PRL, 87(5), 2001).
E. Pérez
ENS, Paris
Les forces de frottement entre deux surfaces de mica séparées par un film mince d'alcanes sont mesurées à différentes vitesses. Une analyse de ce comportement faisant intervenir des barrieres d'activation sera présentée.
Gustavo Luengo
L'Oréal
E. Gacoin, C. Fretigny and A. Chateauminois
Laboratoire de Physico-Chime des Polymères et de la Matière Divisée, UMR CNRS 7615Ecole de Physique et Chimie Industrielles (ESPCI), 10 rue Vauquelin, 75213 Paris Cedex 05, France
Nous étudions les propriétés mécaniques de films minces (10-100 mm) polymères confinés dans des contacts macroscopiques entre substrats élastiques. Dans une étape préliminaire, nous avons développé sur un polymère acrylique à l'état massif une technique de détermination du module viscoélastique dans la zone de transition vitreuse fondée sur des mesures de raideur latérale du contact. Etendues au cas de films minces, cette approche permet de discuter des effets du confinement (et plus particulièrement de la pression hydrostatique) sur la transition vitreuse de polymères amorphes. L'utilisation de ces mesures viscoélastiques comme diagnostic des effets induits par la déformation plastique dans des régimes de cisaillement cyclique en grandes déformations sera également discutée.
Denis Mazuyer
Ecole Centrale de Lyon, Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes
B. Deloche
LPS, Orsay
On considère des systèmes polymères nanostructurés sous la forme de mésophaselamellaire de copolymères à blocs composée de blocs vitreux ( polystyrène : PS )et de blocs fluides (polydiméthylsiloxane: PDMS ). On étudie la dynamique localedes chaines de PDMS par RMN. On observe la coexistence d'une population desegments de chaines fluctuant parallèlement aux interfaces avec les blocsvitreux et d'une population de segments fluctuant perpendiculairement auxinterfaces. Cette distribution d'ordre local montre que le gradient decontrainte sondé par les chaines PDMS confinées dans la sous-couche fluide n'estpas régulier.
C. Gauthier, R. Schirrer
ICS - CNRS, Strasbourg
Lorsqu’un objet lisse et rigide glisse sur une surface de polymère, lespressions hydrostatiques de contact atteignent des valeurs égales ousupérieures au seuil d’écoulement plastique. La force de frottementapparent mesurée résulte d’une force de scission interfaciale et d’unerésistance à l’avancement due à la vague d’étrave plus ou moinsimportante. Un modèle de ligne d’écoulement permet de déduire la scissioninterfaciale à partir de la mesure du frottement apparent. Cette scissioninterfaciale obéît à des lois semblables (mais pas identiques) à celle dela viscoélasticité des propriétés massiques, présenter unepiezo-dépendance et une dépendance à la durée du contact.
Sylwia Poivet, Frédéric Nallet, Cyprien Gay, Jérémie Teisseire, Pascale Fabre.
CRPP - Pessac
Nous effectuons des expériences de traction sur des liquides visqueux fortement confinés entre des plaques parallèles, géométrie connue sous le nom de test probe-tack. L'observation directe pendant l'expérience, couplée à la mesure de la force, montre l'existence de plusieurs mécanismes pour soulager la contrainte : alors que la digitation est favorisée pour de faibles vitesses de traction, un faible confinement et une faible viscosité, il se produit une nucléation de bulles dans les conditions opposées. Il est possible de prédire quantitativement la transition entre les deux régimes et, dans une large mesure, de décrire la forme de la réponse en force. À partir d'un modèle pour de fluides purement visqueux, nous présentons également un diagramme de phases pour les différents régimes de force au pic, qui rend compte des données de belle manière. Nos résultats montrent que certains aspects de la courbe de traction, habituellement considérés comme caractéristiques de solides viscoélastiques tels que les adhésifs, sont déjà apparents pour des matériaux liquides.
D. Dalmas et D. Vandembroucq.
SVI- CNRS/Saint-Gobain
Dans un premier temps, nous avons étudié par AFM la morphologie de la surface d'échantillons en verres démixés afin de caractériser la taille et la forme des hétérogénéités en fonction du "niveau" de démixtion (i.e. du temps et de la température de recuit). Dans le cas des borosilicates, on a pu montrer, qu'après une simple attaque chimique à l'eau, on obtenait une surface texturée très riche en silice par dissolution de la phase riche en bore. Le principal avantage de ce type de verre est qu'il est relativement aisé de contrôler expérimentalement la taille des hétérogénéités en jouant sur les conditions de recuit (température et temps de maintien à la température maximale). On peut donc maîtriser la taille caractéristique et la profondeur de la texturation et envisager de stabiliser ou de fonctionnaliser la surface obtenue par dépôt d'une couche ou encore par greffage. Dans un second temps, nous avons étudié la fissuration de ces mêmes verres en régime dynamique et en régime sous-critique afin de voir l'influence des hétérogénéités sur la morphologie des surfaces de fracture. En jouant sur la vitesse de propagation de la fissure et/ou sur l'attaque chimique des faciès de rupture, on peut espérer obtenir des surfaces de rugosité et de morphologie contrôlée.
C. Celle, J. P. Chapel
Laboratoire des Matériaux Polymères et Biomatériaux de Lyon, UMR CNRS 5627
L`idée de notre démarche est de relier de manière aussi précise que possible les conformations macromoléculaires de couches ultra minces de polymère à certaines de leurs propriétés macroscopiques telles que la transition vitreuse, la fusion et la cristallisation. Ces dernières peuvent sous certaines conditions différer grandement de leur homologue volumique.Pour cela nous utilisons des films minces supportés sur wafer de silicium dont les interactions (physiques ou chimiques) avec le substrat /superstrat, la conformation des chaînes (grafting " from " et " onto ") à travers la densité de greffage et la masse molaire des polymères greffés peuvent être modulées.Nous avons développé à cet effet le dépôt Langmuir Blodgett réactif d'un amorceur de polymérisation bifonctionnel couplé avec la Polymérisation Radicalaire Contrôlée par Terminaison Réversible pour l'étude des systèmes amorphes et la polycondensation pour les systèmes cristallins.L'étude de ces transitions est réalisée grâce à plusieurs outils permettant de sonder ces couches de façon différentes, à savoir l'ellipsométrie, la spectroscopie diélectrique et la Microscopie à Force Atomique.