Angle de raccordement

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Angle de raccordement

L'angle de raccordement d'un liquide sur un solide est l'angle formé par la surface du solide avec la tangente à une goutte du liquide déposée sur ce solide passant par le bord de la goutte. La forme de la goutte est déterminée par la mouillage. L'angle de raccordement n'est pas limité à un solide et un liquide. Ça pourrait être également une interface entre deux liquides ou deux vapeurs.

Il est donné par la loi de Young-Dupré.

Une goutte d'eau sur la surface d'une feuille lotus montant les angles de raccordement approximatives 147°.

Thermodynamique[modifier | modifier le code]

Exemple d’angle de contact d’un liquide avec un substrat

La description théorique de contact découle de l'examen (analyse) d'un équilibre thermodynamique entre les trois phases de la matière: la phase liquide de la goutte (L), la phase solide du substrat (S), et la phase gazeuse / vapeur de l’ambiant (G) (qui sera considéré comme un mélange de l'atmosphère ambiante et de la vapeur de liquide en équilibre avec sa phase liquide). La phase gazeuse pourrait également être une autre phase liquide (non miscible). A l'équilibre, le potentiel chimique de chacune des trois phases doit être identique. Il est plus convenable de recentrer ou d’analyser la discussion du point de vue d'énergies d’interface. Nous noterons l'énergie d’interface solide-vapeur (voir Énergie de surface) comme \gamma_{SG}, l'énergie d’interface solide-liquide comme \gamma_{SL} et l'énergie liquide-vapeur (c'est-à-dire la Tension superficielle) simplement comme \gamma, nous pouvons donc écrire une équation qui doit satisfaire la condition a l’équilibre (connu sous le nom d'équation de Young):

0=\gamma_\mathrm{SG} - \gamma_\mathrm{SL} - \gamma \cos \theta_\mathrm{C} \,

\theta_\mathrm{C} est l'angle de contact a l'équilibre. L'équation de Young suppose une surface parfaitement plane, et dans de nombreux cas la rugosité de surface et les impuretés provoquent à l'équilibre une déviation de l'angle de contact comparée à l'angle de contact prédit par l'équation de Young. Même dans une configuration de surface parfaitement lisse, une goutte de liquide adoptera une grande variété d'angles de contact compris entre l'angle de contact le plus grand (avançant), \theta_\mathrm{A}, et l'angle de contact le plus petit (reculant), \theta_\mathrm{R}. L'angle de contact a l'équilibre (\theta_\mathrm{C}) peut être calculée à partir de \theta_\mathrm{A} et \theta_\mathrm{R} comme l'a démontré théoriquement Tadmor [1] et confirmée expérimentalement par Chibowski [2]:


\theta_\mathrm{C}=\arccos{\frac{r_\mathrm{A}\cos{\theta_\mathrm{A}}+r_\mathrm{R}\cos{\theta_\mathrm{R}}}{r_\mathrm{A}+r_\mathrm{R}}}

où,


r_\mathrm{A}=\sqrt[3]{\frac{\sin^3{\theta_\mathrm{A}}}{2-3\cos{\theta_\mathrm{A}}+\cos^3{\theta_\mathrm{A}}}}

et,


r_\mathrm{R}=\sqrt[3]{\frac{\sin^3{\theta_\mathrm{R}}}{2-3\cos{\theta_\mathrm{R}}+\cos^3{\theta_\mathrm{R}}}}

L’angle de contact peut aussi être utilise pour déterminer une énergie d’interface (si les autres énergies de surface sont connus). L’équation de Young peut être réécrit comme une autre équation connue sous le nom de l’équation Young-Dupré (Loi de Young-Dupré):

\gamma (1 + \cos \theta_\mathrm{C} )= \Delta W_\mathrm{SLG} \,

\Delta W_\mathrm{SLG} est l’énergie d’adhésion par unité de surface, entre la surface du substrat et celle du liquide, quand tous les deux sont dans le milieu G.

Références[modifier | modifier le code]

  1. (en) Rafael Tadmor, « Line Energy and the Relation between Advancing, Receding, and Young Contact Angles », Langmuir, vol. 20, no 18,‎ 2004, p. 7659 (PMID 15323516, DOI 10.1021/la049410h)
  2. (en) Emil Chibowski, « Surface free energy of sulfur—Revisited I. Yellow and orange samples solidified against glass surface », Journal of Colloid and Interface Science, vol. 319,‎ 2008, p. 505 (DOI 10.1016/j.jcis.2007.10.059)

Lire d’avantage[modifier | modifier le code]

  • Jacob Israelachvili, Intermolecular and Surface Forces, Academic Press (1985–2004)
  • D.W. Van Krevelen, Properties of Polymers, 2nd revised edition, Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam-Oxford-New York (1976)