– SPBRUSH

Pour modifier radicalement les propriétés interfaciales il suffit de fixer quelques micro grammes de polymère par mètre carré. De nombreuses applications de haute technologie font donc appel à des polymères adsorbés sur des surfaces. Pour ne citer que quelques exemples, ils jouent un rôle important dans la stabilisation des dispersions colloïdales, la prévention contre la corrosion, la flottation des minéraux, des phénomènes de mouillage et de lubrification. Par ce projet nous souhaitons contribuer à la recherche sur ces couches ultra-minces (quelques dizaine de nanomètres) en étudiant la nanotribologie des brosses de polymères par simulation numérique. Des polymères greffés à des surfaces par un bout (« brosses de polymères ») présentent des propriétés tribologiques spectaculaires. Quand deux surfaces couvertes d’une brosse de polymères entrent en contact, elles se repoussent fortement et s’interpénètre très peu. C’est pourquoi une bonne résistance à la compression normale s’accompagne d’une résistance extrèmenent faible à un déplacement latéral des deux surfaces. De fait, le coefficient de friction est de plusieurs ordres de grandeurs plus petit que pour le frottement solide. C'est pourquoi, les brosses de polymères sont utilisées comme lubrifiant puissant dans de nombreuses applications. Il conviendrait d’améliorer la résistance de ces couches à l’endommagement et en particulier à l’arrachement. A notre sens cela passe essentiellement par une compréhension fine de leur comportement rhéologique. Bien que les premières expériences sur les brosses de polymères sous cisaillement aient été effectuées dès le début des années 1990, les phénomènes rapportés restent largement incompris. Et les explications avancées sont largement contradictoires. Cette situation s'explique en partie par le fait qu'il est presque impossible de tirer de l’expérience des informations suffisamment détaillées sur les facteurs moléculaires à l’origine du comportement rhéologique des couches greffées. Dans ce contexte, des études par simulation numérique constituent une approche prometteuse. On peut se servir de la simulation comme d'un microscope ultra puissant afin d'explorer les corrélations structure-propriété pour les systèmes (modèles) étudiés. Malheureusement, la vaste majorité des simulations continue à ne traiter le solvant qu'implicitement. Les conséquences de cette approximation, non contrôlée, sur la prédiction des propriétés rhéologiques ne sont pas bien connues et pourraient être dramatiques. Il est aujourd’hui possible de résoudre proprement le problème et de trancher le débat. Nous nous proposons de simuler par dynamique moléculaire un modèle « billes-ressorts » pour une brosse de polymères en présence explicite des molécules de solvant. Dans une première étape, nous voulons étudier des brosses électriquement neutres soumises à un cisaillement. Dans une seconde étape, nous envisageons d'étendre cette étude à des brosses chargées. Nos simulations traiteront non seulement de processus de glissement entre deux brosses dans l'état stationnaire, mais aussi de phénomènes non-stationnaires, comme la phase initiale du glissement, la relaxation d'un état stationnaire vers l'équilibre, la réponse du système au renversement du sens du cisaillement ou le cisaillement oscillant. En comparant nos résultats avec d'autres travaux (obtenus sans solvant explicite) nous devrions obtenir une compréhension satisfaisante des effets hydrodynamiques et électrostatiques dans ces couches greffées en contact. Nos résultats contribueront à mieux cerner le potentiel de ces systèmes pour des applications possibles comme lubrifiant.