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Posté par Redbran le Jeudi 11/01/2018 à 12:00
Comment enlever la marque d’un feutre water-proof avec de l'eau ?

© CNRS/INP
De nombreuses avancées sur des matériaux capables de résister à l’eau ont été réalisées ces dernières années. Souvent qualifiés de water-proof, ils permettent une tenue du dépôt en évitant la solubilisation. Ainsi, ces matériaux peu solubles à l’eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) et hydrophobes sont utilisés dans l’industrie, notamment pour des produits de maquillage. Néanmoins, cet avantage se traduit en inconvénient lors du nettoyage de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique,...) ainsi marquée, puisque ces dépôts sont généralement difficiles à retirer. En effet, l’utilisation de solvants agressifs et d’actions mécaniques importantes sur la surface ne sont pas toujours permises par le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) applicatif. Une équipe internationale rassemblant des chercheurs du Laboratoire de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) des solides (CNRS/Univ. Paris-Sud/Univ. Paris-Saclay) et de l’université de Princeton s’est penchée sur les conditions nécessaires à ce qu’un film hydrophobe (Un composé est dit hydrophobe (du grec υδρο, hydro = eau, et Φοβοσ, phóbos = peur) ou lipophile quand il est soluble dans les corps gras, mais insoluble dans l'eau.) puisse être détaché de son substrat uniquement avec de l’eau.

L’expérience commune montre qu’en passant cette surface sous le robinet, le dépôt adhère impassiblement sur le substrat. L’étude expérimentale a mis en avant que le film hydrophobe se détache sous deux conditions. D’abord, le liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) doit être suffisamment peu mouillant au regard du film. Energétiquement, cela se traduit par une énergie globale du système plus faible lorsque le film est décollé et flotte en surface, que lorsqu’il adhère au substrat. Ainsi, le système aura tendance à évoluer naturellement vers l’état « décollé ». Mais pour cela, une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La...) condition est nécessaire. La fracture (En traumatologie, le terme de fracture désigne par définition une solution de continuité osseuse ("rupture" des os).) interfaciale, remplie de liquide, entre le film et le substrat doit pouvoir se propager, ce qui nécessite que les dissipations visqueuses soient faibles devant la tension (La tension est une force d'extension.) interfaciale permettant le pelage. Un liquide trop visqueux gaspillerait son énergie à se propager au lieu de l’utiliser à briser les liaisons entre le substrat et le film. Cela signifie aussi que la vitesse (On distingue :) de pénétration du substrat dans le liquide doit être la plus faible possible afin que celui-ci ait le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de se propager et de provoquer le décollement.

En faisant une marque de feutre permanent sur une lame de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium (silice SiO2) et de fondants,...), les chercheurs ont observé que cette marque se détachait lorsque la lame était plongée dans un récipient d’eau à basse vitesse, alors que ce n’était pas le cas à des vitesses plus élevées. L’étude de la composition de ces feutres commerciaux a montré que les encres sont principalement constituées d’une résine appelée terpène. Des dépôts réalisés uniquement avec cette résine ont un comportement de détachement analogue aux feutres commerciaux. Cependant, la difficulté principale était de réaliser des films bien contrôlés en épaisseur. Afin de réaliser des expériences modèles, le terpène a été remplacé par du polystyrène pour lequel il est aisé de réaliser des films homogènes et sans pré-contrainte interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le...). Cette étude expérimentale a mis en évidence de manière quantitative les effets de viscosité et de vitesse de trempage. Par la suite, les chercheurs ont modélisé ces observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) en exprimant les conditions énergétiques nécessaires au décollement du film présentées plus haut.


Illustration du pelage d’une écriture de feutre permanent waterproof (Sharpie) sur une lame de verre. La lame est plongée à une vitesse de 1 μm/s. © Laboratoire de physique des solides (CNRS/Univ. Paris-Sud/Univ. Paris Saclay)

Publiés dans la revue Physical Review Letters, ces travaux fournissent des perspectives pour des techniques de nettoyage de produits waterproof, qui se révèlent être peu agressives et plus respectueuses de l’environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...).

Pour plus d'information voir:
Water-based peeling of thin hydrophobic films
S. Khodaparast, F. Boulogne, C. Poulard et H. A. Stone
Physical Review Letters (2017), doi:PhysRevLett.119.154502
Lire l’article sur la base d’archives ouvertes arXiv

Contact chercheur:
François Boulogne, chercheur CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).)

Informations complémentaires:
Laboratoire de physique des solides (LPS, CNRS/Univ. Paris-Sud/Univ. Paris Saclay)

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Source et illustrations: CNRS-INP
 
Mercredi 17 Janvier 2018 à 00:00:04 - Vie et Terre - 0 commentaire
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