Gouttes, bulles, perles et ondes
Pierre-Gilles de Gennes
Françoise Brochard-Wyart
David Quéré
Belin
Introduction Le monde des gouttes, bulles, perles et ondes7
Objectifs9
Chapitre 1 Capillarité: interfaces mobiles11
1 La tension superficielle11
1.1 Origine physique12
1.2 Définition mécanique: énergie superficielle et force capillaire13
1.3 Mesure des tensions superficielles (et interfaciales)15
1.4 Discontinuité de la pression: Laplace 180516
1.5 Surfaces minimales18
1.6 Surfaces minimales de courbure nulle21
2 Contact à trois phases: mouillage23
2.1 Deux types de mouillage: le paramètre d'étalement S24
2.2 Critères de mouillage: règle de Zisman25
2.3 Choix des couples solide/liquide28
2.4 Substrat liquide: construction de Neuman34
Annexe. Surfaces minimales. Équations d'Euler-Lagrange35
Bibliographie37
Chapitre 2 Capillarité et pesanteur38
1 La longueur capillaire k-138
2 Gouttes et flaques en mouillage partiel40
2.1 Forme des gouttes40
2.2 Gouttelettes "formule mathématique non exprimable en texte html"40
2.3 Gouttes lourdes "formule mathématique non exprimable en texte html"41
2.4 Techniques expérimentales de caractérisation des gouttes42
3 Ménisques48
3.1 Taille caractéristique48
3.2 Hauteur et forme49
3.3 Ménisque sur un fil50
4 Montée capillaire dans des tubes - Loi de Jurin52
4.1 Historique52
4.2 Loi de la montée capillaire53
4.3 Raisonnement en pression55
5 Lentilles flottantes56
5.1 Le paramètre d'étalement56
5.2 Forme des lentilles flottantes (S < 0)56
6 Compléments sur les méthodes de mesure des tensions de surface58
6.1 Formes de gouttes59
6.2 Mesures de pression62
6.3 Mesures de forces63
6.4 Cas des interfaces solides "mous"64
Bibliographie68
Chapitre 3 Hystérésis et élasticité des lignes triples69
1 Présentation des phénomènes69
1.1 Avancée et reculée69
1.2 Ancrage de la ligne triple70
2 Élasticité de la ligne triple71
2.1 Le mythe de la tension de ligne71
2.2 L'élasticité de frange72
3 Hystérésis pour des défauts espacés forts74
4 Surfaces à défauts denses77
4.1 Un exemple réaliste77
4.2 Petits défauts non corrélés78
5 Deux cas où l'on retrouve l'élasticité des cordes vibrantes78
5.1 Cellules de Hele-Shaw78
5.2 Bords de flaques79
5.3 Distorsion des flaques80
6 Rôle de l'agitation thermique81
Bibliographie82
Chapitre 4 Mouillage et forces à longue portée83
1 Énergies et propriétés des films83
1.1 Passage du macroscopique au microscopique83
1.2 Changements d'épaisseur et pression de disjonction84
1.3 Tension globale sur un film85
1.4 Trois types de mouillage86
2 Nature des forces à longue portée89
2.1 Force de van der Waals89
2.2 Cas où les forces de van der Waals dépendent de la température91
2.3 Interactions de van der Waals des solides feuilletés: traitements de surface91
2.4 Autres forces à longue portée93
3 Quelques manifestations des forces à longue portée94
3.1 Films sur support faiblement rugueux: la longueur de cicatrisation94
3.2 Structure fine de la ligne triple95
4 Les films stratifiés96
Bibliographie98
Chapitre 5 Hydrodynamique interfaciale99
1 Mécanique des films: l'approximation de lubrification99
2 Dynamique de films minces102
2.1 Amincissement d'un film vertical102
2.2 Nivellement d'un film horizontal103
2.3 Instabilité de Rayleigh-Taylor106
2.4 Instabilité de Plateau-Rayleigh108
3 Mouillage forcé112
3.1 Modèle Landau-Levich-Derjaguin (et une variante)112
3.2 Liquides savonneux115
3.3 Autres géométries116
4 Dynamique de l'imprégnation117
4.1 Présentation117
4.2 Loi de Washburn118
4.3 Régime inertiel119
5 Vagues et rides121
5.1 Condition d'eau profonde121
5.2 Discussion de la relation de dispersion en régime inertiel122
5.3 Atténuation123
Bibliographie125
Chapitre 6 Dynamique de la ligne triple127
1 Expériences de base127
2 Relation force/vitesse129
2.1 Le modèle mécanique (dissipation visqueuse)129
2.2 Le modèle chimique132
3 Modes d'oscillation d'une ligne triple133
4 Dynamique du mouillage total135
Bibliographie137
Chapitre 7 Le démouillage138
1 Épaisseur critique de démouillage ec140
1.1 Film supporté sur un substrat solide140
1.2 Film supporté par un substrat liquide142
1.3 Films liquides intercalés143
2 Démouillage visqueux144
2.1 Substrat solide modèle145
2.2 Substrats solides imparfaits149
2.3 Substrats liquides151
2.4 Démouillage spinodal152
3 Démouillage inertiel156
3.1 Le nombre de Reynolds Re157
3.2 Le nombre de Froude: condition de choc159
3.3 Démouillage inertiel liquide/liquide161
4 Démouillage viscoélastique162
4.1 Éclatement de films ultra-visqueux163
4.2 Vie et mort des bulles visqueuses166
Bibliographie169
Chapitre 8 Surfactants171
1 Les couples frustrés171
1.1 Principe171
1.2 La notion de balance hydrophile/hydrophobe (HLB)172
2 Les associations de surfactants174
2.1 Associations en volume: les micelles174
2.2 Interfaces eau-air175
3 Quelques applications des surfactants179
3.1 Flottation179
3.2 Détergence180
3.3 Émulsification181
3.4 Les surfactants en tant qu'agents de mouillage et de démouillage182
4 Films et bulles de savon184
4.1 Fabrication des films184
4.2 Le rôle du surfactant184
4.3 Les mécanismes de drainage185
4.4 Vieillissement et mort des films186
4.5 Le cas des bulles187
Bibliographie188
Chapitre 9 Interfaces spéciaux189
1 Présentation189
2 Mouillage des surfaces texturées190
2.1 Modèles de base190
2.2 Surfaces rugueuses composites193
2.3 Perles et billes liquides200
3 Mouillage et milieux poreux208
3.1 Ascension capillaire dans un poreux208
3.2 Angle d'équilibre à la surface d'un poreux209
3.3 Expérience de pompage sur goutte210
3.4 Expérience de pompage sur film211
4 Interfaces mous212
4.1 Principes du mouillage "élastique"213
4.2 Observations expérimentales du mouillage élastique215
4.3 Démouillage "élastique" d'un film intercalé217
4.4 Transitions de mouillage sous cisaillement: principe de l'aquaplaning222
4.5 Rôle des nucléateurs en mouillage forcé: sillage Cerenkov225
4.6 Conclusion226
Bibliographie228
Chapitre 10 Phénomènes d'entraînement230
1 Gradients chimiques230
1.1 Expériences avec des vapeurs230
1.2 Entraînement vers les régions mouillables232
2 Gradients thermiques236
2.1 Des gouttes qui aiment le froid236
2.2 Émission de doigts239
3 Mouillage réactif243
3.1 Exemples243
3.2 Colonne liquide dans un capillaire243
3.3 Bigouttes246
3.4 Gouttes filantes sur une surface solide plane247
4 Entraînement par champ électrique248
4.1 Intérêt des microsystèmes248
4.2 Électrocapillarité249
4.3 Principe de l'électro-osmose249
4.4 Exemples250
Bibliographie253
Index254