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Réponse mécanique des couches minces et molles : liquides nano-confinés, films solides supportés et adhésifs pelés.

Richard Villey Laboratoires SIMM (ESPCI) et FAST (Université Paris sud)

Les liquides, même « simples » (newtoniens, de faible poids moléculaire), présentent un éventail de comportements fascinants lorsque confinés aux échelles moléculaires : viscoélasticité, organisation en couches voire solidification… Ces phénomènes sont d’une importance cruciale pour de nombreuses applications : micro-et nano-fluidique, milieux poreux, solutions concentrées... Pourtant, de grandes divergences existent dans la littérature quant aux changements de propriétés des liquides sous confinement.
La technique de « sonde fluide », consistant à drainer en mode oscillant un liquide confiné à l’aide d’une machine à forces de surface (SFA) ou d’un AFM à sonde colloïdale, permet de caractériser finement les écarts au caractère newtonien qui peuvent se manifester sous confinement. Je présenterai comment cette technique a pu mettre en évidence des effets inattendus de changement de rhéologie apparente, en raison de la compliance des parois confinantes, même dans le cas de liquides peu visqueux confinés entre des parois très rigides. Les résultats obtenus devraient permettre de réconcilier certains résultats discordants dans la littérature.
Je montrerai ensuite l’adaptation de cette technique à la sollicitation de films minces solides supportés. On renverse alors le point de vue, en utilisant le liquide confiné pour déformer volontairement un film solide déposé sur une des parois confinantes. Cette technique permet de s’affranchir de l’adhésion et donc de mesurer très précisément la viscoélasticité de films sub-micrométriques très mous, ce qui peut être très intéressant dans le cas d’élastomères, d’hydrogels ou de matériaux biologiques.
Enfin, je présenterai des effets de confinement à plus grande échelle, lors du pelage d’adhésifs. La nature molle et incompressible de la colle conduit à la fibrillation lors du pelage, ce qui suppose une forte influence de la rhéologie non-linéaire, qui pourtant est très souvent ignorée dans la littérature. Cette fibrillation permet cependant un traitement simplifié du problème, qui dans une première approximation semi-linéaire permet une prédiction non-triviale de l’influence de l’angle de pelage, prédiction observée expérimentalement. Je finirai en présentant l’influence de paramètres non-linéaires testés expérimentalement à l’aide d’adhésifs de formulations différentes fournis dans le cadre d’une collaboration avec 3M ©.