Soutenance mémoire
De nos jours, le contrôle de la mouillabilité de surface des matériaux à faible énergie de surfaces a suscité beaucoup d’intérêt à cause de leurs propriétés indispensables dans notre vie moderne. Les surfaces nanostructurées (anti-mouillantes) sont considérées aujourd’hui comme l’un des moteurs de la future révolution industrielle. Et avec les progrès récents en nanotechnologie, diverses percées technologiques sur ces matériaux super/parahydrophobes et leurs applications , ont été notées ; ces surfaces présentent en effet, un potentiel de développements et d’applications considérables en particulier dans le domaine des matériaux tels que :l’anti-usure , l’anti-bactérien , l’anti-corrosion , les membranes de séparation huile/eau ou systèmes de collecte d’eau, les textiles imperméables à l’eau et les dispositifs optiques .
Des études opérées sur plusieurs espèces naturelles (animales et végétales) ont permis de comprendre que, la mouillabilité de surface repose principalement sur les relations entre les propriétés physico-chimiques. Aujourd’hui, par une approche biomimétique qui s’inspire de la nature, plusieurs procédés ont été mis en place pour reproduire ces surfaces micro et/ou nanostructurées, afin d’aboutir à des propriétés de mouillabilité particulière . L’association d’une composition chimique intrinsèquement hydrophobe et d’une texturation multi-échelle serait à l’origine des propriétés de surface assez particulières de ces matériaux à l’instar de l’effet lotus ou l’effet rose de pétale. C’est dans ce conteste que, des modèles tels que celui de Wenzel et de Cassie-Baxter ont été établis pour expliquer la possibilité d’augmenter ou de réduire le caractère hydrophobe en jouant sur la texturation de surface. La maîtrise des conditions optimales, vis-à-vis de la composition des matériaux, commence donc par le choix de la structure moléculaire ou du noyau qui présente les meilleures performances.
Dans le but d’élargir une gamme de monomères susceptibles de donner des films polymères, plusieurs types de noyaux polymérisables sont utilisés en raison de leurs propriétés de conductibilité et de leur faible potentiel d’oxydation. Parmi ces derniers on peut citer le 3,4- éthylène dioxypyrrole (EDOP).
Les surfaces anti-mouillantes
L’observation des propriétés de surface de certaines espèces végétales et animales a mis en lumière des phénomènes de mouillabilité extrêmes tels que l’anti adhésion de l’eau à la surface de certains matériaux.
Dans le règne végétal
Le phénomène le plus connu de mouillabilité extrême est l’effet auto-nettoyant des feuilles de Nelumbo Nucifera aussi connu sous le nom de Lotus (22). En effet, à la surface des feuilles de Lotus, l’eau perle et sous de très faibles angles d’inclinaison, roule sur la feuille entraînant les saletés qui s’y trouvent permettant ainsi de limiter toutes autres contaminations bactériennes. Ce phénomène, qualifié de phénomène extrême de mouillabilité, est communément appelé effet Lotus. Il est dû à la morphologie de la feuille ainsi qu’à sa composition. L’observation à l’échelle du micromètre de la feuille montre une morphologie sous forme de « plot ». A l’échelle du nanomètre, ces « plots » présentent eux aussi des nanocristaux (22) : la composition de la feuille, faite de cristaux de cire, joue un rôle dans le comportement mouillant de ces plantes. Plus précisément, ce n’est pas la composition de la feuille qui importe réellement mais plutôt la cuticule, c’est-à-dire une couche qui protège les organes aériens des végétaux. La cuticule est composée successivement de couches de cire et d’acide gras hydrophobes (hydrocarbure aliphatique) appelés cutine, cet ensemble est nommé la cire cuticulaire.
En plus les feuilles de lotus, la flore présente d’autres surfaces superhydrophobes, par exemple la feuille de taro. Une structuration de surface et une propriété de mouillabilité similaire aux feuilles de lotus ont également été observées sur la feuille de taro. Sur le dessus de la surface de nombreuses bosses elliptiques avec un diamètre moyen d’environ 10 nm sont uniformément réparties dans leurs grottes correspondantes, semblables à des nids, formant une microstructure sur la feuille. À l’échelle nanométrique, la surface présente de nombreuses broches harmonieusement disséminées sur toute la surface pour augmenter la quantité d’air emprisonné dans la surface .
Dans le règne animal
Les propriétés superhydrophobes ne se trouvent pas exclusivement chez les végétaux mais également dans la faune. A ce niveau, certains animaux et insectes possèdent des propriétés anti-mouillantes. En effet, le canard possède des plumes avec des propriétés extraordinaires. Contrairement aux exemples vus précédemment, la superhydrophobie des plumes de canard ne réside pas de la structuration ou de la morphologie de surface des plumes mais plutôt à une glande qu’il possède. Cette glande appelée glande uropygienne sécrète une substance lipophile . Avant d’entrer en contact avec l’eau, ils recouvrent leurs plumes de cette substance huileuse qui a pour activité de repousser l’eau.
Les théories de la mouillabilité
La mouillabilité peut être définie comme l’aptitude d’un liquide à s’étaler sur une surface solide (W1). L’aspect identique entre toutes les surfaces naturelles anti-mouillantes est leur rugosité. Et dans la plupart des cas, en dehors de la dimension micrométrique les surfaces sont en plus composées d’une seconde échelle de rugosité, de dimension nanométrique. Lorsque l’on dépose une goutte de liquide sur une surface solide horizontale, elle adopte à l’équilibre une forme particulière de tel sorte qu’un angle peut se former entre : le plan de la surface et la tangente à la goutte au point d’intersection (solide/liquide). Cet angle est défini comme l’angle de contact θ. En pratique, l’angle de contact θ prend des valeurs variées .Si on pose une goutte d’eau sur un matériau (surface solide) et que l’angle de contact est supérieur ou égal à 90°, ce matériau est hydrophobe. Si l’angle de contact est supérieur ou égal à 150°, alors le matériau est superhydrophobe. Si l’angle de contact est inférieur à 90°, alors le matériau est considéré comme hydrophile (W2).
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Table des matières
NTRODUCTION GÉNÉRALE
CHAPITRE I Généralités sur les surfaces nanostructurées
I.1. Les surfaces anti-mouillantes
I.1.1. Dans le règne végétal
I.1.2. Dans le règne animal
I.2. Les théories de la mouillabilité
I.2.1. Surfaces lisses
I.2.1.1. Equationde Young-Dupré
I.2.1.2. L’hystérésis de l’angle de contact
I.2.2. Surfaces rugueuses
I.2.2.1. Le model de Wenzel
I.2.2.2. Equation Cassie – Baxter
I.3. Applications des surfaces anti-mouillantes
I.3.1. Tissus et textiles
I.3.2. Anticorrosion
I.3.3. Séparation huile/eau
CHAPITRE II ELECTRODEPOSITION ET CARACTERISATION DES FILMS POLYMERES A BASE D’ EDOP
II..1. Synthèse et electropolymérisation des monomères à base d’EDOP
II.1.1. Synthèse des monomères à base d’EDOP
II.1.1.1. Synthése du (3,6-dihydro-2H-[1,4] dioxino [2,3-c]pyrrol-2-yl) méthanol (EDOP-OH) et des segments acides mixtes (fluorocarboné et hydrocarboné)
II.1.1.2. Synthèse des monomères à base d’EDOP
II.1.1.3. Spectre RMN 1H de l’EDOP-F4-C4
II.1.2. Electropolymérisation des monomères à base d’EDOP
II.1.2.1. Potentiels d’oxydation des monomères
II.1.2.2. Voltamogrammes cycliques
II..2. Caractérisation des films polymères à base d’EDOP
II.2.1. Mouillabilité et rugosité des films polymères
II.2.2. Etude morphologique par microscopie électronique à balayage (MEB)
Conclusion générale
Références bibliographiques
