Surfaces superhydrophobes/glissantes – MADNESS

Les surfaces superhydrophobes des plantes sont connues depuis plus de deux décennies, suite aux premiers travaux des botanistes Barthlott et Neinhuis. Cet état de superhydrophobie est obtenu en alliant de la rugosité judicieusement choisie à la nature chimique hydrophobe de la surface ce qui permet de piéger des bulles d'air, dans la rugosité, à l'interface entre le liquide et le solide et ainsi de réduire l'adhésion de l'eau sur ces surfaces. Cette découverte a donné lieu à de nombreuses publications portant sur la synthèse de surfaces, la caractérisation et la modélisation de leur propriétés de mouillage. Néanmoins, ces surfaces suscitent encore des controverses quant à la compréhension complète de leurs limites de mouillage. Les surfaces non mouillantes peuvent être classées en trois catégories principales. La première traite des surfaces immuables, dont la rugosité est fixée lors de la synthèse. Cela correspond à la très grande majorité des articles publiés, en raison de la grande variété de rugosités qui peuvent induire un comportement non mouillant. Cependant, leurs applications restent limitées, principalement en raison de la fragilité des surfaces nanostructurées/microstructurées nécessaires pour obtenir la superhydrophobie.

La deuxième classe de surfaces est représentée par des réseaux de poils souples qui peuvent en outre se déformer sous l'effet d’une contrainte. La compréhension de leurs propriétés mouillantes n’en est encore qu’à ses débuts. En effet, même les poils hydrophiles peuvent induire une superhydrophobie. La dernière catégorie a été observée dans la plante Nepenthes et correspond aux surfaces glissantes. Dans ce cas, la rugosité est imbibée d'huile, ce qui modifie considérablement l'adhérence des gouttelettes d'eau ou même des insectes. En effet, l'interface liquide-liquide réduit l'adhérence en réduisant drastiquement l'ancrage de la ligne de contact. Ces surfaces sont actuellement considérées comme des matériaux antigivrage prometteurs.

Ces deux dernières catégories n'ont pas été aussi bien explorées que les surfaces superhydrophobes rigides. En effet, elles ont été observées plus récemment et les interfaces élastiques et liquide-liquide semblent plus difficiles à modéliser. Il n'y a donc ni image globale des particularités non mouillantes de ces surfaces, ni transitions possible entre ces deux types de surfaces. Dans le projet MADNESS, nous souhaitons nous concentrer sur ces interfaces en analysant la mouillabilité de réseaux modèles de piliers magnétiques souples. Nous nous proposons d'ajuster le module d’Young, la géométrie et la densité de piliers pour aborder une compréhension fondamentale des transitions de mouillage (mouillage isotrope/anisotrope, Cassie à Wenzel) dans des nouvelles expériences développées pour ce projet. De plus, nous voulons introduire un stimulus magnétique pour exploiter ces piliers souples afin d’induire des reconfigurations dynamiques. Dans une étude antérieure, nous avons mis en évidence le rôle de l'élasticité sur la mouillabilité. En introduisant la reconfiguration magnétique de la surface (soit par interaction magnétique dipolaire entre les piliers, soit entre les piliers et l'huile magnétique pour les surfaces glissantes), nous voulons induire des transitions entre l'ancrage isotrope et anisotrope de la ligne de contact et analyser les transitions mouillantes entre la superhydrophobie classique et les surfaces glissantes. Ces surfaces magnétiques glissantes seront finalement transposées en matériaux innovants dont l'huile hydrophobe sera confinée aux extrémités des piliers. Ce faisant, nous pourrons étudier la transition entre le modèle de Cassie et un modèle glissant sur une seule et même surface. La combinaison d'expériences novatrices de mouillage et de modélisation nous permettra de comprendre et éventuellement d'adapter ces surfaces à des applications encore inexplorées.