Adhesion of thin structures : frictional peeling and adhesive shells

par Suomi Ponce Heredia

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de José Bico et de Benoît Roman.

Soutenue le 30-11-2015

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris) , en partenariat avec Physique et mécanique des milieux hétérogenes (laboratoire) .

Le jury était composé de Etienne Barthel, Axel Buguin, Liliane Léger, Loïc Vanel.

  • Titre traduit

    Adhésion de structures minces : friction dans le pelage et coques adhésives


  • Résumé

    Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’adhésion d’élastomères sur des substrats rigides (interactions de van der Waals). Nous revisitons ainsi, en nous appuyant sur une approche expérimentale, deux situations classiques qui permettent la mesure de l’énergie d’adhésion. Dans une première partie dédiée à l’étude du pelage, nous montrons que le frottement peut modifier le processus de détachement d’une bande d’élastomère. Ceci est tout d’abord mis en évidence lors du pelage parallèlement à l’interface, où nous montrons qu’il conduit à la progression d’une zone de frottement jusqu’au détachement de la bande pour une force proportionnelle à l’aire de contact. Nous généralisons par la suite nos résultats au pelage selon un angle quelconque. En particulier, nous montrons comment la dissipation par frottement peut augmenter de façon significative la force de pelage pour des angles faibles. Dans une deuxième partie, nous nous tournons vers la mesure d’adhésion dans une géométrie JKR, c’est à dire lors de l’indentation d’une sphère élastique adhésive avec un substrat rigide. Nous utilisons des coques élastiques dont la réponse mécanique est beaucoup plus souple bien que plus complexe. Nous montrons qu’il est néanmoins possible d’obtenir une mesure de l’adhésion par une méthode très simple et très robuste, puisqu’elle ne suppose pas de connaissance a priori de la mécanique du système. Nous espérons que cette technique permettra dans le futur d’accéder à des énergies d’adhésion très faibles ou mettant en jeu des tissus biologiques particulièrement mous.


  • Résumé

    In this thesis, we are devoted to study the adhesion of elastomers to rigid substrates through van der Waals interactions. We review, from an experimental point of view, two classical methods to measure the adhesion energy. A first part is dedicated to the study of the peeling system, we show that friction can modify the detachment process of an elastomer strip. This is firstly observed in the lap-test configuration, where a sliding front propagates on the interface up until the end of the strip, for a pulling force proportional to the initial contact area. We generalize this results for the finite peeling angle case. In particular, we show how the friction dissipation significantly increases for small peeling angles. In the second part, we study the adhesion measure in the JKR geometry, i.e. for the indentation of an adhesive elastic sphere into a rigid plate. We use elastic thin shells, which elastic response is much softer, as well it is much more complex. However, it is possible to measure the adhesion energy through a very simple and robust method with no need of much details of the mechanical response of the system. We hope this technique will allow to measure the effect of very weak and sensitive adhesive systems such us biological tissues which are particularly soft.


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