Pourquoi l'eau... mouille ?

Les quatre photos ci-dessus montrent une goutte d'eau tombant sur une plaque de Téflon. La goutte reste à la surface, car le Téflon est particulièrement hydrophobe. Photo © Granuloshop.com

Lorsqu'une goutte d'eau se trouve au contact d'une surface, elle tend à garder sa forme sphérique. En effet, cette forme est celle qui donne à la goutte l'aire la plus faible pour un volume donné : augmenter la surface consisterait à fournir de l'énergie. Celle-ci est représentée par la tension de surface, caractéristique de chaque matériau et de chaque liquide (72 mN/m pour l'eau pure par exemple).

La portion de sphère forme un angle bien défini avec le support, appelé angle de contact. Il traduit le degré d'hydrophilie ou d'hydrophobie d'un matériau, donc sa mouillabilité. Plus l'angle de contact est faible, et mieux la surface sera "mouillée" (si le liquide ne mouille pas bien, il n'entre pas dans les pores)

Sur une surface métallique, par exemple l'angle de contact sera plus faible (et donc la goutte plus aplatie) que sur du Téflon, particulièrement hydrophobe.

Il est possible de modifier la mouillabilité d'un matériau par des traitements spéciaux. Le traitement antistatique d'une surface de polyéthylène permet ainsi de rendre le plastique absorbant, pour le préparer à l'impression d'un motif par exemple.

Mouillabilité, adhérence et absorbtion

La mesure des angles de contact sert à de nombreuses industries. Ils définissent les taux d'absorption d'encre sur une surface de papier ou de sang pour les tissus à usage médical, permettent de déterminer l'adhérence et de prédire les propriétés d'un revêtement ou de détecter des traces de polluants en surface.

Quand on fabrique des écrans plats pour des télévisions, on a par exemple besoin que la plaque de verre soit parfaitement propre. Dès lors que la goutte s'étale parfaitement (angle de contact faible), on peut dire que le nettoyage est réussi.

Ca mouille... un peu... beaucoup... ou pas du tout

Dans certains cas, l'angle de surface devient nul, sans que matériau ne soit imprégné : la goutte s'étale complètement sur la surface, et forme un film liquide. C'est par exemple le cas quand vous versez de la lessive (surfactant) dans un verre d'eau. Ces situations sont assez rares, car elles s'opposent à la tension de surface, qui essaye de réduire le contact entre la goutte et le milieu extérieur.

A l'inverse, il existe des cas où le mouillage est quasi nul, c'est-à-dire où la goutte garde sa forme sphérique intacte. C'est le cas si la surface est particulièrement hydrophobe. Ces surfaces ont une propriété très intéressante : elles sont auto-nettoyantes : la pluie ruisselle dessus et emporte avec elle les poussières. Très utile pour les fabricants de pare-brise !

D'autres phénomènes, comme la porosité et la capillarité entrent en jeu dans la mouillabilité. Certaines feuilles, comme celle du ginkgo biloba ou du lotus sont ainsi très hydrophobes, car l'eau ne pénètre pas dans les anfractuosités de la feuille. Les indiens considéraient ainsi le lotus comme une fleur sacrée : les feuilles restaient toujours immaculées.

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