Proprietes statistiques d'ensembles de particules adsorbees sur une surface solide

Statistical properties of surfaces covered by colloidal particles

• Auteur / Autrice : PASCAL WOJTASZCZYK
• Direction : Pierre Schaaf
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Résumé

Le depot irreversible de particules colloidales sur des surfaces solides a ete etudie experimentalement. Cinq systemes de particules de differentes tailles ont ete analyses en vue de comprendre l'evolution du processus de depot en fonction du parametre r* qui traduit l'importance relative de la pesanteur et du mouvement brownien au cours de la diffusion des particules dans le liquide baignant la surface adsorbante. Des simulations sur ordinateur avaient montre que le processus de depot devait passer d'un comportement de type adsorption sequentielle aleatoire (rsa) a un comportement de type balistique lorsque r* evolue d'une valeur proche de 1 a des valeurs superieures a 3. 5. Les systemes etudies au cours de ce travail couvrent cet intervalle de valeurs de r*. Pour chaque systeme nous nous sommes interesses a l'evolution de la fonction de distribution radiale g(r) et au deuxieme moment de la distribution de densite des particules adsorbees, en fonction du taux de couverture de la surface. Une evolution systematique de g(r) pour chacun des taux de couverture analyses a ete observee lorsque r* augmente. En particulier, la comparaison de nos resultats experimentaux a ceux issus de simulations numeriques, met en evidence un bon accord entre les g(r) relatifs au modele rsa et ceux relatifs au systeme caracterise par r* = 0. 8. Par ailleurs, la fonction de distribution radiale relative au systeme caracterise par r* = 3. 4 est en assez bon accord avec les predictions du modele balistique, bien que de petites differences systematiques apparaissent. Celles-ci ont d'abord ete attribuees a la polydispersite en taille des particules utilisees. La comparaison avec des simulations numeriques tenant compte de ces effets revele toutefois que la polydispersite ne permet pas d'expliquer l'ensemble des differences. Des travaux recents suggerent que les interactions hydrodynamiques entre particules en sont davantage responsables. Contrairement a la fonction de distribution radiale, la variance reduite, rapport de la variance a la moyenne du nombre de particules distribuees dans des sous-ensembles de la surface adsorbante, exprimee en fonction du taux de couverture, ne varie pas de facon mesurable avec r* sur le domaine etudie. Un comportement universel, caracterise par une tangente de pente nulle a l'origine, est observe pour toutes les courbes variance reduite = f(taux de couverture). L'ensemble des resultats relatifs aux cinq systemes est en accord avec les predictions du modele balistique. Ce resultat est d'autant plus etonnant que meme le systeme dont les fonctions de distribution radiale sont en accord avec le modele rsa suit ce comportement universel en ce qui concerne la variance reduite, alors que la fonction de distribution radiale est directement reliee a la variance reduite. Ce paradoxe apparent s'explique par des variations de la fonction de distribution radiale non mesurables experimentalement, mais tres importantes du point de vue des fluctuations. Ce travail experimental sur le processus de depot irreversible sur des surfaces planes constitue la premiere etude systematique et generale des proprietes statistiques de telles surfaces. Elle a ete et demeure le point de depart de nombreux developpements theoriques