Détecter l’infime : un nouvel outil pour mesurer la viscosité de surface dans un film de savon – MicroRheoFilm

La viscosité de surface est une propriété fondamentale des interfaces fluides, qui caractérise leur résistance à un cisaillement. Sa valeur dépend fortement de la manière dont l’interface est peuplée — en particulier de la nature et de la concentration des tensioactifs. Malgré le développement de nombreuses techniques expérimentales au cours des 70 dernières années, la mesure de la viscosité interfaciale reste un défi. Le problème est maintenant bien identifié : un grand nombre de tensioactifs, dont des molécules très courantes comme le SDS (sodium dodécyl sulfate), ont des viscosités de surface si faibles qu’elles échappent aux méthodes actuelles de rhéologie interfaciale, basées sur le déplacement contrôlé d’une sonde à la surface d’un bain. Or de toutes petites valeurs de la viscosité de surface sont tout de même susceptible d’influencer des phénomènes macroscopiques comme le drainage des mousses, et de jouer un rôle prépondérant aux échelles micro- et nanométriques — par exemple lors des chocs et de la coalescence de nanobulles ou gouttelettes. L’étude de ces phénomènes est un domaine de recherche particulièrement dynamique, avec des applications en génie chimique, en imagerie médicale ou encore dans le traitement des eaux usées. Pour comprendre ce qui se passe à ces échelles, il est donc urgent de disposer d’un outil de mesure plus sensible.

Le projet MicroRheoFilm relève ce défi en proposant un nouveau type de micro-rhéomètre interfacial capable de mesurer des viscosités de surface aussi petites que 0,1 nPa s m, à l’aide d’une sonde magnétique de 10 µm placée directement dans un film de savon. Celle-ci exercera un couple contrôlé sur l’interface sous l’effet d’un champ magnétique oscillant. Les effets combinés de la petite taille de la sonde et de l’absence d’un bain sous-jacent (toujours présent dans les dispositifs classiques) diminuent drastiquement la dissipation, permettant à la viscosité de surface de dominer dans une plus large gamme. Cela permettra d’obtenir une mesure avec une sensibilité 10 à 100 fois supérieure à celle des meilleures techniques actuelles.

Le projet est structuré en trois étapes. Tout d’abord, le dispositif sera calibré et testé sur des systèmes connus avec une grande viscosité interfaciale. Dans un second temps, des expériences complémentaires seront réalisées pour visualiser les écoulements de surface et valider la pertinence des mesures dans le régime de très faibles viscosités. Enfin, le rhéomètre à film de savon sera utilisé pour mesurer la viscosité de surface de nombreux tensioactifs, comme le SDS, permettant d'accéder pour la premières fois à des valeurs comprises entre 0,1 et 10 nPa s m. Ces données seront utilisées pour déterminer si de très faibles viscosités interfaciales ont un impact sur le drainage des mousses, une question centrale pour comprendre les mécanismes de dissipation et la stabilité de ces systèmes. Notre outil sera également utilisé pour caractériser in situ l’évolution des propriétés interfaciales du film au cours de son vieillissement. Cela ouvre enfin la voie à l’étude de systèmes complexes et dynamiques tels que les films couverts de protéines ou de lipides.