Mouillage, adhésion et friction aux interfaces texturées – WAFPI

La possibilité de contrôler la friction et de réduire l’usure est depuis longtemps une question à l’impact applicatif majeur pour pouvoir améliorer l’efficacité des machines possédant des pièces mobiles dans notre environnement quotidien ou industriel. Ainsi, avec une demande croissante de surfaces présentant de faibles frottements ou une adhésion ajustable, il est nécessaire d’obtenir une meilleure compréhension de la relation existant entre trois phénomènes a priori différents que sont l’adhésion, la friction et le mouillage. Pour contrôler ces processus, une nouvelle voie a été ouverte récemment pour obtenir des surfaces aux propriétés contrôlées. Cette voie s’appuie sur l’observation de la nature qui structure géométriquement certaines surfaces sur plusieurs échelles caractéristiques allant du micro au nano.

Dans ce programme, nous nous proposons d’étudier l’influence de la microstructuration sur le comportement d’une ligne de contact mobile, à la fois pour des contacts solide-liquide ou solide-solide, en comparant le mouillage dynamique, l’adhésion et la friction sur des surfaces exactement identiques. Ceci devrait nous permettre d’identifier les mécanismes de détachement associés au déplacement de la ligne triple dans les contacts solide-solide ou solide-liquide ou le front de fracture dans le cas de l’adhésion ou de la friction.

L'originalité et l’impact potentiel de ce projet reposent sur le fait qu’il s’agit de la première approche couplée de ces trois problèmes généralement considérés comme reliés mais sans qu’une comparaison quantitative ne soit systématiquement envisagée. Une autre originalité est aussi que nous avons choisi de varier de façon précise et contrôlée la géométrie des microstructures tout en maintenant l’énergie de surface constante entre les surfaces d’études. Le contrôle précis des surfaces sera fait soit par lithographie électronique (création de piliers ou lignes à bords abrupts) soit en utilisant des rides, fruits d’instabilités élastiques, qui donnent des bords de forme différentes et des surfaces d’études potentiellement plus étendues.

Ce programme permettra la construction de deux nouveaux dispositifs, véritables challenges du point de vue expérimental : un dispositif de friction contrôlée et un dispositif de suivi du champ de déformation et de contrainte dans l’adhésif lors du décollement.
Enfin, ce programme s’intéressera aussi à l’influence de l’anisotropie qui peut être créée dans les microstructures. En particulier, il est possible de fabriquer des surfaces présentant des piliers inclinés par rapport à la verticale du substrat. Peu de résultats existent sur le rôle de cette anisotropie sur la friction, l’adhésion comme le mouillage.
Pour conclure, le but de ce programme n’est pas seulement de produire des résultats expérimentaux originaux. Un effort de modélisation très important sera fait et confié à une équipe de théoriciens. Ainsi des retombées fondamentales sont à attendre qui auront évidemment des conséquences pratiques qui nous permettront à l’issue de ce programme de proposer des surfaces à propriétés contrôlées ou ajustables.