Thèse soutenue

Rhéologie à l'interface liquide/solide : des simulations numériques aux expériences

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Auteur / Autrice : Suzanne Lafon
Direction : Frédéric RestagnoAlexis Chennevière
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 10/11/2023
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : Physique en Ile de France
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des solides (Orsay, Essonne) - Laboratoire Léon Brillouin (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1974-....)
référent : Faculté des sciences d'Orsay
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Lydéric Bocquet
Examinateurs / Examinatrices : Karin Jacobs, Jean-Louis Barrat, Thomas Salez
Rapporteurs / Rapporteuses : Karin Jacobs, Jean-Louis Barrat

Résumé

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L'objectif de cette thèse est d'étudier la rhéologie des liquides au voisinage d'une paroi rigide. En particulier, nous nous intéressons aux mécanismes moléculaires qui sous-tendent le glissement et le frottement liquide/solide. Pour cela, nous étudions l'effet de la température sur la dynamique des liquides près de la surface. Dans un premier temps, nous utilisons des simulations de dynamique moléculaire d'un liquide modèle pour étudier la dépendance en température du frottement. Nous montrons qu'à haute température, le frottement et le glissement sont des processus activés, avec une barrière d'énergie contrôlée par l'énergie d'interaction liquide/solide. Au contraire, le liquide surfondu présente deux comportements différents : pour de fortes interactions avec la paroi, le frottement, comme la viscosité, diverge de manière super-Arrhenienne. Au contraire, pour des interactions plus faibles, le frottement est fortement réduit, car les premières couches de liquide en contact avec la surface cristallisent. Dans un second temps, nous nous concentrons sur le frottement entre une solution semi-diluée de polystyrène et une surface solide. Tout d'abord, nous utilisons la réflectivité de neutrons pour déterminer le profil de concentration du liquide près de la paroi. En particulier, nous montrons qu'une déplétion en polymère à l'interface n'empêche pas l'adsorption de chaînes sur le substrat. Ensuite, nous avons développé une nouvelle méthode pour mesurer le frottement à l'aide d'un rhéomètre. De manière surprenante, nous observons une forte dépendance du coefficient de frottement avec le taux de cisaillement, ce qui suggère que le liquide interfacial est rhéo-fluidifiant, avec un temps de relaxation typique qui est différent de celui du liquide en volume. Enfin, nous avons étudié la cinétique d'adsorption des polymères fondus. Nous montrons que le PDMS présente un taux d'adsorption étonnamment élevé par rapport aux autres polymères, ce qui est attribué à l'interaction particulièrement forte entre le PDMS et la surface.