Interactions entre contacts solides et cinetique de la condensation capillaire. Aspects macroscopiques et aspects microscopiques

• Auteur / Autrice : Frédéric Restagno
• Direction : Elisabeth Charlaix
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure (sciences)

Résumé

L'angle de stabilite maximale ou angle d'avalanche d'un tas de billes de verre dans un cylindre est modifie en presence de forces de cohesion. Nous nous sommes interesses dans un premier temps a l'etude de l'evolution lente, ou vieillissement, de l'angle d'avalanche avec l'age du tas. Nous avons montre que l'augmentation logarithmique du coefficient de friction effectif entre les billes depend de l'humidite de l'atmosphere, ce qui peut etre explique quantitativement par une augmentation progressive de la force d'adhesion due a la condensation de liquide entre les grains. Nous avons egalement mis en evidence d'autres parametres influencant le vieillissement : usure, position du tas au repos ; et observe des effets de vieillissement en presence d'ethanol. Nous avons etudie en detail la metastabilite et les effets de nucleation de la condensation capillaire. Nous avons calcule l'energie d'activation pour condenser un pont liquide entre deux surfaces paralleles parfaitement lisses. Cette energie d'activation diverge quand la taille du confinement s'approche de la distance critique de nucleation. Ainsi, l'energie d'activation est tres souvent tres superieure a l'energie d'agitation thermique. Ce resultat est rapproche des experiences de condensation capillaire dans les milieux mesoporeux et les machines a forces de surfaces. Nous avons ensuite montre qu'il est possible de faire un modele de condensation capillaire thermiquement active entre les rugosites des billes qui rend compte de la dependance temporelle du vieillissement observe avec les billes de verre. Enfin, nous avons construit un appareil a forces de surface qui permet d'etudier les interactions statiques et dynamiques entre les surfaces a l'echelle du rayon de kelvin, c'est a dire a l'echelle du nanometre. Apres avoir decrit le principe et les performances de cet appareil, nous exposons des premiers resultats concernant la nanorheologie de fluides simples en milieu confine ainsi que des mesures de la dependance de la force d'adhesion entre des surfaces de verre par rapport a la force normale et au temps de contact.