Thèse Julien Dupré de Baubigny

vendredi 28 novembre 2014

Étude de nanoménisques par AFM et MEB : hydrodynamique de la couche visqueuse, élasticité de l'interface et dynamique de la ligne de contact.

Soutenance jeudi 11 décembre à 14h30
salle de conférences du CEMES

Composition du jury

Dr. Ludovic Bellon, Laboratoire de Physique de l'ENS de Lyon, Rapporteur
Dr. Christophe Clanet, Laboratoire d'Hydrodynamique - Palaiseau, Rapporteur

Dr. Cécile Cottin-Bizonne, Institut Lumière Matière - Lyon, Examinatrice
Dr. Élie Raphaël, Gulliver - Paris, Examinateur
Pr. Philippe Tordjeman, Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse, Examinateur

Dr. Thierry Ondarçuhu, Centre d'Élaboration des Matériaux et d'Études Structurales - Toulouse, Directeur de thèse
Dr. Marc Legros, Centre d'Élaboration des Matériaux et d'Études Structurales - Toulouse, Directeur de thèse

Résumé

Le développement récent de la nanofluidique pose de nombreuses questions concernant les lois et longueurs caractéristiques qui régissent l'hydrodynamique et le mouillage à l'échelle du nanomètre. Pour aborder ce sujet, nous avons utilisé des techniques de microscopies avancées en sondant l'interface liquide/air à l'aide de pointes non conventionnelles.

L'AFM utilisé dans le mode oscillant modulation de fréquence (FM-AFM) donne accès, de manière indépendante, à la force exercée par le liquide pendant une approche-retrait, et aux composantes conservatives et dissipatives de l'interaction pointe-ménisque. Des expériences complémentaires menées en microscopie électronique (MEB) permettent de visualiser le nanoménisque créé et de mesurer la force capillaire résultante.
La couche visqueuse entraînée par l'oscillation de la pointe est d'abord étudiée. Le coefficient de friction et la masse ajoutée sont mesurés par FM-AFM en fonction de la viscosité des liquides et de la fréquence d'excitation. Un modèle basé sur une description classique rend compte quantitativement de l'ensemble des résultats expérimentaux permettant ainsi une évaluation du champ de vitesse entraîné par la nanosonde.
Les méthodes développées ont permis d'étudier les caractéristiques de l'interface liquide. Le profil du nanoménisque est modélisé et validé grâce aux observations MEB. La raideur du ménisque mesurée expérimentalement par FM-AFM et décrite théoriquement démontre une dépendance logarithmique avec l'extension latérale du ménisque.
Des résultats préliminaires sont également obtenus avec des pointes de carbone sur lesquelles glisse la ligne de contact, donnant accès à la dissipation dans le nanoménisque et à la ligne de contact, ainsi qu'à l'ancrage sur des défauts uniques, un des problèmes ouverts de la physique du mouillage.
Cette étude démontre que le FM-AFM et le MEB sont des outils pertinents pour sonder quantitativement les propriétés des liquides à l'échelle nanométrique, ouvrant la voie à des études systématiques sur le mouillage à l'échelle nanométrique.

 

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