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En direct des laboratoires de l'institut de Chimie

 

Mesure du glissement moléculaire à la frontière entre un solide et un liquide

Des chercheurs de l’équipe de physico-chimie théorique du laboratoire Gulliver (CNRS / ESPCI) (*) viennent de proposer une méthode novatrice reposant sur l’existence de l’instabilité hydrodynamique de Plateau-Rayleigh qui permet de mesurer le glissement moléculaire entre un solide et un liquide. Ces travaux sont parus dans la revue Nature Communications.

raphael

Instabilité de Plateau-Rayleigh d'un microfilm de polystyrène liquide sur une microfibre de verre de rayon 10 μm, au cours du temps t. La largeur totale de l'image est de 560 μm.

© Sabrina Haefner

 

Le glissement  à la frontière entre un solide et un liquide est un sujet d'intérêt majeur dans de nombreux domaines. Introduit pour la première fois par Navier en 1823, cet effet était encore d'ordre purement conceptuel il y a seulement quelques dizaines d'années. C'est l'avènement de la microfluidique et de la physico-chimie des polymères qui a permis de réaliser des expériences capables de détecter et mesurer le glissement moléculaire entre un liquide et un solide. La compréhension de ce phénomène est essentielle d'un point technologique pour l'optimisation des dispositifs microfluidiques par exemple, mais également d'un point de vue fondamental puisque l'effet réside à la limite moléculaire des théories du continu.

Les chercheurs proposent une méthode novatrice permettant d'étudier et mesurer ce glissement.
Le dispositif repose sur l’existence d’une instabilité hydrodynamique bien connue : un film liquide revêtant une fibre cylindrique tend à évoluer vers une succession de gouttes afin de minimiser son énergie de surface. Il s'agit de l'instabilité de Plateau-Rayleigh.

Les expériences conduites au sein de la collaboration internationale ont consisté à suivre optiquement le développement de cette instabilité sur des microfibres dont les propriétés de surface diffèrent. Les microfibres en verre imposent une condition de non-glissement entre le solide et le liquide, alors que les microfibres préalablement revêtues de Téflon créent une condition de glissement.

Les différences importantes observées dans la dynamique de l'instabilité sur ces deux types de fibres et l'accord entre les mesures et la théorie hydrodynamique de films minces font de ce système un dispositif idéal de mesure du glissement moléculaire entre solide et liquide.

(*) En collaboration avec McMaster University (Canada) et l’Universität des Saarlandes (Allemagne).

 

Référence

Sabrina Haefner,  Michael Benzaquen, Oliver Bäumchen, Thomas Salez, Robert Peters, Joshua D. McGraw, Karin Jacobs, Elie Raphaël, and Kari Dalnoki-Veress

Inuence of slip on the Plateau-Rayleigh instability on a fibre

Nature Communications 12 juin 2015
doi:10.1038/ncomms8409

 

Contacts chercheurs 

Michael Benzaquen
Thomas Salez
Elie Raphaël

 

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken

 

23 juin 2015

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