Influence des tensioactifs sur le mouillage huile/solide dans l'eau

Impact of surfactants on the wetting of oil on a solid in water

• Auteur / Autrice : Gaëlle Rondepierre
• Direction : Laurence Gorre-Talini, François Lequeux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 08/09/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sciences et ingénierie de la matière molle (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Arnaud Antkowiak
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Limat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Arnaud Saint-Jalmes, Catherine Barentin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interférométrie

Couches minces

Mouillage (chimie des surfaces)

Surfactants

Mots clés libres

Tensioactifs

Mouillage

Interferométrie

Films minces

Dynamique

Interfaces

Surfactants

Wetting

Interferometry

Thin liquid films

Résumé

Le mouillage de l’huile sur une surface solide présente un intérêt particulier pour de nombreuses applications, notamment en présence de tensioactifs. Dans la littérature, l’influence des tensioactifs sur le mouillage à l’équilibre dans un système eau/huile/silice a été beaucoup étudié, mais leur rôle dans les phénomènes dynamiques est moins compris. Dans ce contexte, le travail de thèse présenté a pour but d’étudier les interactions entre une goutte d’huile et une surface de silice, dans l’eau et en présence de tensioactifs. La goutte d’huile est approchée de manière contrôlée de la surface et nous observons, grâce à un montage d’interférométrie optique, l’évolution du film coincé entre la goutte et la silice, qui draine et peut atteindre deux états finaux possibles. L’un des deux est un équilibre métastable consistant en la persistance d’un film homogène de l’ordre de la centaine de nanomètres. Nous montrons que ce film est stabilisé, au-delà de la CMC, par la présence de micelles de tensioactifs en solution, selon un phénomène de stratification. La stabilité de ce film est cinétique : il peut être déstabilisé par nucléation, ce qui conduit au mouillage de l’huile sur la silice. Dans ce cas, la dynamique de la ligne de contact eau/huile est gouvernée par un phénomène de frottement. Nous mesurons le coefficient de frottement associé et nous montrons qu’il augmente de plusieurs ordres de grandeur avec la concentration en tensioactifs. Cette augmentation est liée à l’adsorption des tensioactifs sur la surface solide, et traduit notamment le fait qu’une partie de ces tensioactifs reste piégée sous l’huile lors de son avancée, augmentant ainsi l’hétérogénéité du solide.

The wetting of oil on a solid substrate in water is of interest to many applications and particularly if surfactants are added to the system. In the literature, the role of surfactants on the static wetting behaviour of liquids onto a solid substrate has been intensively studied, but their influence on dynamics phenomena is much less understood. In this framework, we focus on the case of an oil droplet immersed in a solution of surfactants in water and driven towards a silica surface. Thanks to optical interferometry, we follow the evolution of the squeezed film, first draining and then reaching two possible final states. One is a metastable equilibrium displaying a thin water film of less than one hundred nanometers, stabilized by the presence of micelles, through steric and electrostatic repulsions. This film can be destabilized through nucleation, leading to a more stable state: the wetting of oil on silica. In this situation, we show that the triple contact line dynamics is controlled by a friction term. We measure its variation with the concentration of surfactants and we evidence an increase of three orders of magnitude at high concentrations. We relate this increase to the adsorption of surfactants on the silica surface and more precisely to the fact that part of these surfactants stay trapped under the oil while it advances.