Lois du mouillage et de l’imprégnation

Le mouillage, qui est l’etude du comportement des liquides sur les solides, recouvre de nombreuses situations pratiques. Une premiere grande classe de problemes concerne les depots de films , ou l’on cherche a couvrir un solide de liquide. Le liquide peut etre une peinture, un vernis, une colle, une encre ou un lubrifiant ; il peut aussi former la base d’un film mince destine a engendrer des proprietes specifiques (couche antireflet, antigivre ou antisalissures, par exemple). Le solide sera parfois lisse a l’echelle moleculaire (verre), ou legerement rugueux (acier poinconne, mur enduit), voire poreux et desordonne (tissu, papier, ensemble de grains ou tas de sable). Dans tous ces exemples, le depot peut etre un but en soi (lissage d’une surface rugueuse par un vernis, couverture d’une surface par une peinture) ou, au contraire, etre le prealable a des operations ulterieures (d’adhesion, par exemple, dans le cas d’une colle, ou de dispersion, si l’on pense a un solvant envahissant une poudre). Une autre famille importante de problemes est celle ou l’on cherche a jouer sur les proprietes de surface d’un solide pour modifier la qualite du mouillage . On peut vouloir rendre un solide mouillant, comme dans les exemples deja recenses, mais on cherchera parfois, au contraire, a eviter le mouillage, en particulier vis-a-vis de l’eau : pensons a un revetement de baignoire ou de lavabo, au fond d’une poele antiadhesive, ou encore a certains tissus particulierement impermeables. Le plan de cet article se fonde sur les classifications naturelles qui decoulent de cette premiere liste d’exemples. Il nous a d’abord paru indispensable d’introduire la notion cle de tension superficielle et d’analyser ensuite les situations d’equilibre que les phenomenes de mouillage ou d’impregnation induisent. Puis nous presenterons les lois du mouillage (comment une goutte se comporte sur un solide) et nous discuterons comment moduler ce comportement, du mouillage total (etalement et filmification) au mouillage nul. Les conditions dans lesquelles un solide poreux ou une surface rugueuse s’impregnent seront ensuite etudiees. Notre but, dans ces deux parties, est aussi de decrire comment le point de vue academique, ou les systemes sont ideaux (solide parfait sur lequel on pose un liquide pur), s’est vu elargi, ces dernieres annees, vers des systemes plus proches de la realite et des applications pratiques. La derniere partie montrera comment ces differentes situations d’equilibre sont approchees, d’un point de vue dynamique. Ces questions de cinetique sont souvent aussi importantes que celles de statique : il ne suffit pas, en general, de connaitre les conditions d’impregnation d’une encre par un papier ; il faut aussi comprendre a quelle vitesse l’impregnation a lieu (ce qui permettra, par exemple, de distinguer plusieurs encres les unes des autres). De meme, le fait qu’une peinture soit formulee pour s’etaler sur un support ne dispense pas de s’interroger sur la dynamique de son depot, dont nous verrons qu’elle determine la quantite de peinture deposee. Dans cette meme partie, les questions de demouillage (comment un film se retracte sur un support non mouillant) seront abordees et les instabilites interfaciales brievement introduites, en choisissant l’exemple de l’instabilite d’un cylindre liquide. Dans tous les cas, nous nous en tenons a une presentation elementaire des phenomenes, et le lecteur desireux d’approfondir ces questions trouvera en annexe une bibliographie le renvoyant a des publications plus specialisees. La partie pratique sera etudiee dans l’article [J 2142].