Non-mouillant et température : application aux revêtements culinaires

Non-wetting and temperature

• Auteur / Autrice : Philippe Bourrianne
• Direction : Christophe Clanet, David Quéré
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 07/06/2016
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physique et mécanique des milieux hétérogènes (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Popinet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Dorbolo, Laurence Ramos

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interfaces solide-liquide

Surfaces hydrophobes

Adhésion (physique)

Gouttes

Mouillage (chimie des surfaces)

Mots clés libres

Mouillage

Superhydrophobie

Caléfaction

Adhésion

Goutte

Température

Wetting

Superhydrophobicity

Calefaction

Résumé

Si l’eau d’une rivière coule sous l’influence d’une petite pente, une goutte de pluie millimétrique s’accroche généralement à son substrat. Cette thèse considère les problèmes engendrés par cette adhésion liquide-solide à l’aune de l’application culinaire. Nous nous intéressons aux surfaces superhydrophobes dont la chimie et la rugosité rendent ces solides non-adhérents. Par ailleurs, le comportement de ces matériaux en température rend compte de différents domaines d’adhésion. Ces surfaces voient leur adhésion augmenter avec la température lorsque la vapeur se recondense au sein des textures du solide. Mais, à mesure que la température s’élève, des bulles de vapeur se forment et réduisent l’adhésion, jusqu’à l’annuler lorsque le liquide lévite sur un coussin continu de vapeur. Nous décrivons cet état, dit de caléfaction, et notamment l’origine de la température critique pour laquelle ce phénomène apparaît. La superhydrophobie permet de réduire considérablement cette température, dite de Leidenfrost, et de rendre accessible la caléfaction pour des températures typiques de cuisson. Enfin, nous comparons ces résultats aux stratégies de non-adhésion culinaire : à savoir les revêtements hydrophobes et l’utilisation d’huile. Des surfaces mixtes piégeant une fine couche d’huile dans des textures hydrophobes sont ainsi discutées.

Water flows inside a river due to extremely low slopes whereas a millimetric raindrop generally sticks on its substrate. This thesis investigates problematics induced by liquid-solid adhesion as regards the cooking device application. We study superhydrophobic substrate whose both chemistry and roughness promote anti-adhesion. We describe the anti-adhesive behaviour in temperature. First, because of condensation through the porous media, the adhesion rises with temperature before vapour bubbles nucleate below the drop. Then, the production of vapour generates a lack of contact. Thus, adhesion decreases until the liquid levitates on its own vapour. We describe this phenomenon known as the Leidenfrost effect. We especially discuss the critical Leidenfrost temperature and its origin. Superhydrophobic coatings promote Leidenfrost effect at remarkably low temperature close to cooking typical one. Finally, those results are compared to two strategies used in cooking: hydrophobic anti-adhesive coatings and lubrication by oil. Some lubricant-infused substrates are investigated.