Gouttes sur des solides imprégnés

Drops on Liquid-Infused Solids

• Auteur / Autrice : Saurabh Nath
• Direction : David Quere
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 05/07/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Physique en Ile de France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physique et mécanique des milieux hétérogènes (Paris ; 1997-....) - Physique et mécanique des milieux hétérogenes (UMR 7636) / PMMH
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
• Jury : Président / Présidente : Lydéric Bocquet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Quere, Lydéric Bocquet, Cécile Cottin-Bizonne, Isabelle Cantat, Howard A. Stone, Jacco H. Snoeijer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cécile Cottin-Bizonne, Isabelle Cantat

Mots clés

Mots clés libres

Solides imprégnés de liquide

Gouttes

Mouillage

Adhésion

Friction

Liquid-Infused Solids

Drops

Spreading

Adhesion

Friction

Résumé

Un solide texturé infusé est un matériau ambigu, sa surface étant mi-solide, mi-liquide. En conséquence, ces matériaux présentent généralement une adhérence extraordinairement faible qui les rend spécialement glissants pour des gouttes (d'un autre liquide) qu’on y dépose. Nous étudions dans cette thèse quelques comportements originaux de ces surfaces en termes de mouillage, d’adhésion et de friction – à la fois d’un point de vue expérimental et en loi d’échelle, quand c’est possible. Chaque fois que c’est possible. Dans la première section, nous montrons que les solides infusés, supposés ultra-glissants, ralentissent pourtant l'étalement d'une goutte d'eau par rapport aux solides classiques. La situation est opposée pour des gouttes visqueuses, dont l'étalement peut être nettement accéléré par le glissement à l'interface huile/goutte. Dans les deux cas, nous constatons que les lois d'étalement sur les solides infusés conservent la structure des lois établies sur les solides nus, avec des aménagements fonctions des viscosités des deux liquides en jeu. Dans la deuxième section, nous montrons que, contrastant avec l’adhésion horizontale ultra-faible de ces matériaux, leur adhérence verticale peut être élevée et servir à capturer un liquide par viscosité (pince visqueuse). Dans la troisième section enfin, nous discutons des propriétés de friction de billes solides dévalant sur des surfaces infusées et décrivons en particulier comment ces sphères roulantes engendrent une traînée visqueuse derrière elles.

A textured solid infused with a liquid comprises a class of materials in between a liquid and a solid. Unlike classical solids, these materials typically exhibit extraordinarily little adhesion, due to the marginal role of pinning sites. Their liquid-like nature, owing to the trapped infusion, also makes them exceptionally slippery to drops of other non-miscible liquids. In this thesis, we experimentally investigate the original spreading, adhesion and frictional behaviour of these special materials, the physics of which we capture with the construction of scaling laws, wherever possible. In the first section, we show that infused solids, despite their celebrated slipperiness, slow down the spreading of a water drop in comparison to classical solids. The situation, however, is opposite for viscous drops, where spreading can be substantially enhanced by slip at the oil/drop interface. In both cases, we find that the laws of spreading on infused solids preserve the structure of the laws established on bare solids, even if the speed can be tuned by the viscosity ratio of the drop and infused oil. In the second section, we demonstrate that contrary to the vanishing lateral adhesion of these materials, their vertical adhesion is remarkably high. The dynamical adhesion of these solids can be utilized to create a viscous tweezer for water droplets. Finally in the third section, we discuss the friction properties of liquid-infused solids towards solid beads, and describe in particular how these rolling spheres drag a tail behind them