Dynamique et instabilités de la ligne de contact mobile: théorie et expérience – DYNINSTAMOBI

1- contexte scientifique et objectifs du projet 2- description du projet, méthodologie 3- résultats attendus La physique de la ligne de contact mobile est actuellement bien décrite du point de vue physico-chimique et thermodynamique dans des cas simples: ainsi ; la prise en compte de la pression de disjonction est une procédure de routine pour corriger la divergence macroscopique de la dissipation visqueuse dans le cas quasi-statique pour des fluides simples, newtoniens, non volatils, en l'absence de gradient thermique ou solutal. Nous nous intéressons ici aux aspects de dynamique: étalement spontané de fluides, avancée et reculée de la ligne de contact, et dans des systèmes plus complexes : cristaux liquides, solutions ou films minces de surfactants et liquides volatils. Cette dynamique qu'il faut comprendre peut s'accompagner d'instabilités interfaciales, localisées ou non à la ligne de contact. Le présent projet vise à développer conjointement des expériences bien contrôlées et leur analyse au moyen de modèles construits à partir de l'équation de lubrification et ses extensions. Au cours des dernières années, les expérimentateurs ont vu surgir des problématiques dont l'analyse nécessite la collaboration avec des théoriciens spécialisés dont la présence justifiera en retour d'entreprendre de nouvelles études systématiques. A ce jour, nous voyons ainsi apparaître plusieurs domaines où un travail commun pourra être fructueux. Ainsi, des expériences récentes d'étalement spontané de gouttes de cristaux liquides en phase nématique en présence d'ancrage antagoniste aux deux interfaces montrent une dynamique très anormale accompagnée d'une déformation du profil à l'échelle du micromètre. Sur substrats hydrophiles, des instabilités se développent, localisées ou non à la ligne de contact. Deux questions se posent ici. D'une part, il faut établir le lien entre la dynamique et l'élasticité du film nématique, et déterminer le rôle éventuel de la zone de raccordement de celui-ci avec le précurseur moléculaire présent sur le substrat. D'autre part, il faut transposer l'analyse des instabilités traitée dans un film sans ligne de contact au cas des gouttes étudiées expérimentalement, et s'interroger sur le rôle des défauts d'ancrage. Dans le cas de l'étalement de solutions de surfactants sur un film de solvant, la phénoménologie très riche observée est assez mal décrite par les théories disponibles. Un contact étroit théorie expérience est nécessaire pour faire avancer la formulation des modèles, et peut-être la compréhension de phénomènes tels que le super mouillage dont l'intérêt industriel est évident. Plus récemment, nous nous sommes intéressés à la dynamique d'étalement-rétraction de gouttelettes de liquides mouillants volatils. Le modèle actuellement disponible décrit globalement la dynamique observée pour les gouttes les plus petites, mais la description de l'interface au voisinage de la ligne de contact doit être améliorée. Là encore, des instabilités plus ou moins fugitives sont observées et attendent une analyse spécifique. L'objectif des théoriciens sera de rendre compte des dynamiques anormales bien caractérisées expérimentalement. Le traitement des instabilités, actuellement comprises en film mince, doit être adapté au cas des gouttes dont l'épaisseur varie rapidement au voisinage de la ligne de contact. Il faut également comprendre la dynamique des défauts qui apparaissent dans les cristaux liquides et qui pilotent de façon très nette une des formes d'instabilité. Plus spécifiquement, dans le cas où les défauts du substrat perturbent la dynamique, il s'agit adapter les techniques du non linéaire et des problèmes aux frontières libres à la dynamique stochastique. Les expérimentateurs peuvent réaliser à la demande des expériences complémentaires, mais se focaliseront sur deux points. D'une part, une caractérisation très fine des profils d'interfaces de gouttes en évaporation est en cours et sera poursuivie. D'autre part, dans le cas des cristaux liquides, le comportement de la zone de raccordement entre le film nématique et le précurseur moléculaire, et celui de l'extrémité de celui-ci, seront étudiés par Microscopie à Angle de Brewster. Ceci passe par une modification du montage actuel pour y adapter une détection ellipsométrique, ce qui représente un réel « challenge » expérimental. Cet effort conjoint doit apporter des avancées significatives dans le domaine théorique, mais également susceptibles d'utilisation pratique, qu'il s'agisse du super mouillage ou des applications liées aux cristaux liquides ou à l'évaporation.