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Comment déposer un revêtement sur un objet ? La méthode par immersion est souvent utilisée dans l’industrie avec une question centrale : comment pouvons-nous prédire l’épaisseur de la couche qui couvrira notre objet ? Loin d’être anodine, cette question recèle des enjeux financiers importants pour les industriels. Une équipe du laboratoire CBI à l’ESPCI Paris en collaboration avec le Collège de France vient de développer un cadre théorique vérifié de manière expérimentale qui permet de prédire cette épaisseur, dans le cas de fluide à seuil. Leurs travaux viennent d’être publiés en ligne dans la revue Physical Review Letter.
ESPCI Paris
Même avec du chocolat fondu, il est possible de mesurer l'épaisseur de la couche déposée sur une barre, ou sur un doigt gourmand !
Dans l’industrie, une technique classique pour déposer un film mince consiste à immerger l’objet dans un bain et à le retirer. Peut-on savoir à l’avance l’épaisseur de la couche qui couvrira l’objet ? Certaines études expérimentales ou simulations numériques ont bien été menées pour étudier le cas des fluides à seuil (comme les peintures, gels, colles, mousses ou crèmes…) mais il n’existe pas de description comportementale complète.
Les chercheurs ont abordé ce problème en étudiant un système modèle dans lequel la symétrie axiale joue un rôle important. Il s’agit de plonger une tige cylindrique au centre d’un bain lui aussi cylindrique. Dans ce contexte ils ont montré que l’épaisseur du revêtement déposé sur le bâtonnet résultait des flux de matière induits par le mouvement de la tige. Or ce flux dépend principalement de la géométrie et des dimensions de la cuve ! En pratique donc, c’est bien la géométrie du bain qui conditionne l’épaisseur de fluide qui va être déposée, dans le cas d’un fluide à seuil. La tension de surface du fluide n’a aucun rôle pour les hauts seuils, ce qui est original pour un problème de mouillage.
Ces résultats sont en adéquation avec les simulations numériques effectuées à partir des équations de mécanique des fluides. Nul doute que ces résultats vont intéresser les industriels qui utilisent ce type de procédé pour créer des revêtements de surface, qu’il s’agisse de peintures, de ciments, de gels ou même de chocolat pour le goûter des chercheurs.
Publication associée :
W. J. Smit, C. Kusina, J.-F. Joanny, A. Colin, Stress field inside the bath determines dip coating with yield-stress fluids in cylindrical geometry, Phys. Rev. Lett. 123,2019
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.148002
Contact : wilbert.smit@espci.fr