Soutenance mémoire
La recherche sur les matériaux autonettoyants est un effort multidisciplinaire et mondial impliquant des scientifiques ayant une formation en chimie, physique, science des matériaux, ingénierie et plus encore. [1] Toutefois la question de l’hydrophobie de surface a inspiré les scientifiques dans le besoin de diverses applications potentielles. Cependant des surfaces autonettoyantes seraient très pratiques pour les dispositifs électroniques (panneaux d’affichage, circuits imprimés), les véhicules et les bâtiments (mobiliers, fenêtres et murs), ainsi que pour les textiles (vêtements et étoffes). Cette technologie peut éviter la contamination de surface et permet de réduire considérablement l’adhésion et la poussière mais également le contact avec l’eau, l’huile et d’autres liquides. Dans le but de créer des applications pratiques, l’étude de la conception de nouvelles surfaces avec une humidité contrôlée est donc devenue une nécessité pour les scientifiques.
Des chercheurs révèlent que les surfaces superhydrophobes sont caractérisées par des angles de contact apparents élevés avec de l’eau (θw>150 °) et une faible adhérence. Tandis que les surfaces parahydrophobes sont caractérisées par des angles de contact faibles (θy<θw) mais avec une forte adhérence à l’eau. [2] Les surfaces superhydrophobes et parahydrophobes sont souvent utilisées dans la nature par les plantes, les insectes et les animaux. Ce qui permet des comportements de mouillage uniques de ces substrats naturels qui peuvent repousser ou interagir avec l’eau d’une manière unique.
GÉNÉRALITÉS SUR LES SURFACES SUPERHYDROPHOBES ET PARAHYDROPHOBES
Depuis des années, l’idée qu’une goutte d’eau n’adhère pas sur une surface hydrophobe a été remarquée mais les scientifiques ne se contentent pas de cette réponse facile et certaine. Ils cherchent à savoir ce qui se passe à l’échelle des molécules entre la surface solide et l’eau. Pour eux, au voisinage de la surface hydrophobe, les molécules sont plus éloignées les unes des autres que dans le reste du liquide. [W2] En chimie et en physique, une substance est dite hydrophobe (« qui n’aime pas l’eau ») quand elle repousse l’eau ou est repoussée par l’eau. [2] On parle aussi de groupements hydrophobes pour la partie d’une molécule qui se comporte de la même façon. Les produits hydrophobes sont souvent lipophiles (solubles dans les corps gras), mais insolubles dans l’eau. [2][W2] La propriété d’hydrophobie est essentielle en biochimie (et particulièrement dans la chimie des cellules et des protéines, et est recherchée (ou au contraire, combattue) en chimie des matériaux, et plus particulièrement des revêtements. [W3] Nous allons développer tout au long de ce chapitre, la caractérisation de surfaces superhydrophobes et parahydrophobes à savoir la présentation de divers substrats naturels superhydrophobes et parahydrophobes, leurs propriétés ainsi que leurs domaines d’application.
SUBSTRATS NATURELS SUPERHYDROPHOBES ET PARAHYDROPHOBES
Aux scientifiques et aux ingénieurs, la nature donne des conseils pour construire des structures hiérarchiques et acquérir des propriétés multifonctionnelles. [3] Les méthodes d’auto-nettoyage actuellement utilisées sont basées sur la compréhension des fonctions, des structures et des principes de divers objets trouvés dans la nature vivante. [4] L’hydrophobie est une caractéristique des surfaces qui semblent repousser l’eau. [W1] On appelle surface superhydrophobe toute catégorie de surface hydrophobe ayant un angle de contact (θw) supérieur à 150° avec une faible adhérence. Par contre une surface parahydrophobe est une surface hydrophobe ayant un angle de contact élevé (θy) avec θy< θw mais avec une forte adhérence. [2] Le plus souvent les surfaces superhydrophobes et parahydrophobes sont utilisées dans la nature par les plantes, les insectes et les animaux.
Chez les plantes
De très nombreux végétaux sont hydrophobes dont 200 ont été répertoriés comme plantes superhydrophobes. [W4] Cependant on peut citer l’exemple du lotus, du nénuphar et des pétales de rose pour expliquer en quelques lignes à l’aide de schémas illustrés comment la superhydrophobie et la parahydrophobie se manifestent chez les plantes.
➤ Le lotus
Depuis que Barthlott et Neinhuis ont signalé pour la première fois « l’effet lotus », le lotus (figure 1) est devenu la surface archétypique de la superhydrophobie et des capacités d’autonettoyage. [5] La feuille de lotus, connue depuis plus de 2000 ans comme un symbole sacré de pureté dans les religions asiatiques, est l’une des surfaces autonettoyantes les plus étudiées avec une superhydrophobie dans la nature vivante. [4] En observant attentivement les gouttelettes d’eau sur la surface de la feuille de lotus (figure 1a), nous pouvons constater que les gouttelettes d’eau présentent une forme essentiellement sphérique et sont faciles à rouler depuis la surface. Pendant le roulement des gouttelettes d’eau, la poussière est enlevée de la surface par le mouvement de l’eau, qui est appelée la propriété autonettoyante. Ainsi, la feuille de lotus a des performances superhydrophobes extraordinaires et des caractéristiques autonettoyantes, ce qui est appelé « effet lotus ».
➤ Le nénuphar
Les nénuphars (Nymphaea et Nuphar) comptent parmi les plus primitives des dicotylédones comme le montre une organisation en spirale et un nombre important de feuilles florales, cependant ils sont également très spécialisés pour ce qui concerne leurs feuilles flottantes et leur production subaquatique de graines. (Figure 2) [W6] Visuellement, la différence entre le lotus et son voisin le nénuphar est que la fleur du lotus est capable de se dresser au-dessus de l’eau, jusqu’à 1,50 mètre pour les plus grandes espèces, et que ses feuilles ne flottent pas. [W7] Épousant la forme d’une corolle, la fleur du lotus apparaît en été, sous des couleurs variantes entre le blanc et le rose. Elle peut atteindre 25 cm de diamètre et a une durée de vie de 3 jours environ. La fleur s’ouvre le matin, embaumant l’air de son parfum délicat, puis se referme quand le soir tombe. Lorsque la fleur du lotus fane, les pétales font place à une capsule qui ressemble à un pommeau d’arrosoir ; séchées, ces capsules sont parfaites dans des bouquets.
➤ Le pétale de rose
Contrairement à la feuille de lotus, certains pétales de rose, échalotes et ail exposent une superhydrophobie avec hystérèse (retard de l’effet sur la cause, observé dans le comportement de certains matériaux lorsqu’on leur fait subir une action magnétique ou élastique qui augmente ou diminue) à angle de contact élevé. Une goutte d’eau peut facilement rouler sur la surface d’une feuille de lotus, elle reste épinglée à la surface de ces feuilles. Le comportement de mouillage différent entre la feuille de lotus et le pétale de rose peut être expliqué par les différentes conceptions de la micro- et nanostructure hiérarchique de surface. Étant donné que les micro et nanostructures des pétales de rose (figure 3) ont une valeur de poix (substance résineuse produite des végétaux ou des animaux) plus grande que la feuille de lotus, le liquide est autorisé à s’imprégner entre la microstructure et pénètre partiellement dans la nanostructure.
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Table des matières
INTRODUCTION GÉNÉRALE
CHAPITRE1 : GÉNÉRALITÉS SUR LES SURFACES SUPERHYDROPHOBES ET PARAHYDROPHOBES
INTRODUCTION
I. SUBSTRATS NATURELS SUPERHYDROPHOBES ET PARAHYDROPHOBES
a. Chez les plantes
Le lotus
Le nénuphar
Le pétale de rose
b. Chez les insectes
Le gerris
La cigale
Yeux de moustiques
c. Chez les animaux
Le gecko
Plumes de canard
II. PROCESSUS D’ÉLECTRODEPOSITION
III. CARACTÉRISATION DE SURFACE
a. Nanostructures de surface
b. Mouillabilité de surface
CONCLUSION
CHAPITRE2 : CARACTÉRISATION DE MONOMÈRES DÉRIVÉS DU THIÉNOTHIOPHÈNE À FONCTION DE SURFACE PARAHYDROPHOBE
INTRODUCTION
I. POLYMÉRISATION
1. Etude du dérivé thiéno [3,4-b] thiophène
2. Polymérisation de monomères dérivés du thiéno [3,4-b] thiophène
II. CARACTÉRISATION DE SURFACE
a. Rugosité de surface
Rugosité de surfaces formées par électropolymérisation du thiéno [2,3-b] thiophène (Thiénothiophène-1) et du thiéno [3,2-b] thiophène (Thiénothiophène-2)
Etat de surfaces polymères obtenues par électrodéposition de thiéno-NaPh dans CH2Cl2 + H2O (35%) et CH2Cl2 + H2O (65%) via voltamétrie cyclique après 3 balayages
Exemples de surfaces polymères : (a) Electropolymérisation du naphta [2,3-b] thiéno [3,4-e] [1,4] dioxine par voltamétrie cyclique, (b) Electropolymérisation du thiéno [3,2-b] thiophène à potentiel constant
b. Mouillabilité de surface
c. Morphologie de surface
CONCLUSION
CONCLUSION GÉNÉRALE
Références bibliographiques
Références webographiques
