Variation de l’angle de contact statique en fonction de la température
Les conditions météorologiques peuvent avoir une grande influence sur notre vie quotidienne. Elles déterminent quelles régions du monde sont habitables ou inhabitables. Elles influent directement sur nos activités récréatives et économiques et peuvent menacer sérieusement notre santé et notre sécurité. Les phénomènes météorologiques associés aux tempêtes hivernales surprennent par leur intensité ou leur durée. Chutes de neige abondantes, pluies verglaçantes persistantes ou refroidissements éoliens sévères peuvent parfois entraîner d’énormes pertes économiques et sociales. Le Canada, de par sa situation géographique nordique et son climat froid, subit ce genre de pertes car il est souvent soumis à des tempêtes de verglas dont l’impact est parfois très redoutable [1-4]. Environnement Canada reconnaît l’importance de l’information météorologique, c’est pourquoi ce ministère a créé le service météorologique du Canada. Ce service est voué à offrir divers produits et services qui permettent à tous de prendre plus rapidement et avec une meilleure certitude les décisions qui dépendent des conditions climatiques.
Le réseau de transport d’énergie électrique [1-4], les systèmes de communication [5-7], les avions [5, 8-9], les éoliennes [10-11], les navires et les barrages [5, 12-13] sont souvent les structures les plus touchées lors des accumulations excessives de glace ou de neige. Les coûts engendrés par de tels événements peuvent être considérables s’ils provoquent l’arrêt d’activités économiques ou le bris d’équipements importants, ou encore, s’ils entraînent des dépenses majeures visant à assurer la sécurité publique. Afin de remédier aux problèmes reliés à l’accumulation de la glace, des techniques de déglaçage thermiques et mécaniques ont été développées. Parmi les techniques de dégivrage utilisées pour protéger les lignes de transport électrique, la compagnie HydroQuébec a implanté des équipements permettant de faire circuler dans les conducteurs et les câbles de garde à fibre optique un courant continu de forte intensité. Ce courant est capable de faire fondre et décoller la glace dans le but d’éviter des accumulations importantes de verglas. Selon les conditions météorologiques (température, vent, épaisseur de la glace), cette opération dure entre une heure et demie et quatre heures, selon la longueur des lignes électriques [3, 14]. Dans le cas des éoliennes, un système électrothermique muni d’éléments chauffants résistifs est inséré à la surface des pales des hélices. Lorsque la température augmente, un film d’eau à l’interface entre la glace et les pales se produit et conduit à une évacuation de la glace sous l’effet des forces centrifuges des éoliennes [15]. Pour ce qui du domaine de l’aviation, avant chaque décollage en conditions froides, les compagnies aériennes pulvérisent des fluides antigivre à base de glycol sur leurs appareils [8]. Malgré leur utilité, ces techniques de dégivrage sont généralement limitées dans leur usage, coûteuses en argent et en temps, nécessitent des applications fréquentes et sont souvent employables uniquement après une tempête [ 1 -2].
Les progrès réalisés dans le domaine de la science des matériaux et les nouvelles recherches effectuées sur l’adhérence de glace ont récemment renouvelé l’intérêt envers le développement de matériaux glaciophobes, dont l’utilisation est une méthode passive pour pallier les inconvénients des méthodes actives traditionnelles, comme le dégivrage mécanique et thermique [3-4]. Cependant, afin de développer de tels matériaux, l’évaluation de la force d’adhérence de la glace et la prédiction de sa variation, en fonction des caractéristiques de l’interface entre la glace et différents matériaux, s’avèrent incontournables. L’atteinte de ces objectifs requiert donc une connaissance approfondie des mécanismes d’adhésion sur divers matériaux qui englobent les forces mises en jeu à l’interface glace/matériaux, les différents facteurs influençant l’adhésion, tels que la dimension et la vitesse d’impact de la gouttelette d’eau, la température de l’air, la teneur en eau liquide, l’épaisseur du dépôt de glace et la rugosité ou la porosité du matériau en contact avec la glace. Dans la section suivante, un résumé des travaux antérieurs effectués dans le domaine de l’adhésion de la glace et une description des objectifs assignés à ce projet de thèse sont exposés. Ce résumé est suivi d’une description de la méthodologie expérimentale choisie. La présentation de la structure des différents chapitres composant cette thèse est également présentée.
Travaux antérieurs
Une revue de littérature sur l’adhésion de la glace sur un substrat donné a été effectuée par Kasaai et Farzaneh [16]. Lorsque la glace adhère à une surface, plusieurs forces intermoléculaires sont présentes. A des distances d’ordre atomiques ou moléculaires (0,15- 0,3 nm), des forces dites covalentes, électrostatiques, ou métalliques sont impliquées. Dans les cas des interactions à longue portée (>0,3 nm), il est plutôt question des forces de van der Waals. L’adhésion de la glace peut aussi être due à l’ancrage mécanique à l’interface entre la glace et le matériau [17-18]. La littérature révèle qu’à l’interface glace/matériau, une combinaison de quatre facteurs est impliquée dans cette adhésion [19-20], On cite notamment les forces électrostatiques, les forces de van der Waals, les liaisons hydrogène et l’ancrage mécanique. De surcroit, la présence de la couche quasi-liquide peut influencer significativement l’adhésion de la glace à une surface.
L’interaction électrostatique se produit lorsque deux surfaces possèdent différentes structures de bandes électroniques [16]. Ces structures proviennent du transfert d’électrons entre les atomes et/ou les molécules à l’interface des deux solides. La théorie de l’attraction est basée sur la loi de Coulomb et l’interaction accepteur-donateur [21]. Petrenko et Ryzhkin affirment que l’interaction électrostatique est toujours présente à l’interface glace/métal ou glace/diélectrique solide et qu’elle joue un rôle significatif dans l’adhésion de la glace [22]. L’interaction électrostatique résulte de l’interférence des molécules d’eau avec n’importe quel solide ayant une permittivité diélectrique différente de celle de la glace. Cette théorie est basée sur celle de Jaccard, qui a confirmé l’existence de charges à la surface de la glace [23]. Les auteurs supposent que cette charge provient de la capture de charges protoniques ou de défauts à la surface de la glace [22].
Cependant, Petrenko et Ryzhkin soulignent qu’à l’interface glace/métal la distribution de charge dans la glace induit une charge à la surface du métal donnant naissance à un champ électrique entre la glace et le métal. Les résultats obtenus de l’énergie d’adhésion varient de 0,08 à 1,3 Jm »2 , selon le type de porteurs de charge à la surface [22], Ils estiment aussi que le mécanisme d’une liaison électrostatique demeure significativement effectif jusqu’aux distances égales à I0roch où roo= 0,276 nm est la distance entre deux atomes d’oxygène [22]. Dans le cas des grandes distances et avec une constante de Hamaker égale à 3xl0″20 J, l’énergie électrostatique excède les liaisons de van der Waals [22]. En outre, une charge à la surface de la glace induit une charge dite « charge image » à la surface du métal, alors que la même charge à la surface de la glace induira une faible charge image à la surface d’un diélectrique solide [22]. Les auteurs précisent qu’un faible coefficient de permittivité implique une faible adhésion. Ceci explique qu’un faible coefficient de permittivité entraîne une faible adhésion électrostatique [22]. L’interaction de van der Waals entre la glace et d’autres métaux a été calculée par d’autres auteurs [24], qui ont conclu que ce mécanisme n’est pas le facteur dominant expliquant l’adhésion de la glace à une surface. Ceci a été également confirmé par van Oss qui a constaté que la composante de van der Waals non polaire a une tension superficielle de glace inférieure à celle de la composante polaire de base d’acide de Lewis [25]. Concernant la liaison de type hydrogène, il s’agit d’une interaction électrostatique qui résulte de la répartition d’un proton (atome hydrogène) entre deux atomes électronégatifs comme l’oxygène, l’azote ou le fluor [26-27]. En fait, ces liaisons sont responsables de la cohésion de la glace solide; elles sont aussi présentes dans l’eau liquide.
Par ailleurs, la morphologie et la composition chimique de la surface du solide en contact avec la glace jouent un rôle important dans l’adhésion de la glace. Des études ont été menées pour tenter de comprendre le rôle de la rugosité d’une surface solide sur l’adhésion de la glace en utilisant le concept de la superhydrophobicité [7, 17, 20], En présence de forts degrés de rugosité, une diminution de l’adhésion de la glace a été remarquée. Cette diminution est liée à la présence de bulles d’air à l’interface de la glace et du substrat [28-33]. Par ailleurs, la glace peut adhérer fortement à certaines surfaces car l’eau surfondue pénètre dans les zones poreuses et occupe plus de volume en se solidifiant, créant ainsi un effet d’ancrage mécanique au substrat. La littérature révèle que l’augmentation de la rugosité implique l’augmentation de la force d’adhérence de la glace [17,34-35].
À ce jour, il n’existe aucun matériau qui empêche complètement l’accumulation de la glace à sa surface [3, 36]. Certains revêtements sont censés adhérer faiblement à la glace [3, 20] et réduire considérablement l’accumulation de glace ou de neige. Depuis plusieurs années, un grand nombre de recherches ont été menées en vue de développer ces revêtements et divers matériaux ont été étudiés [3-4, 7, 28-33, 35-40]. Une bonne corrélation entre l’hydrophobicité et la glaciophobicité des surfaces a été notée par plusieurs groupes de recherche [17, 41]. Par ailleurs, en étudiant des surfaces de plastique, des auteurs ont signalé une absence de corrélation entre la force d’adhésion de la glace et l’angle de contact des surfaces [6]. D’autres chercheurs ont développé plusieurs méthodes pour évaluer l’adhérence de la glace à une surface [36, 38, 42-45]. Ils ont conclu que cette adhésion dépend spécifiquement du type de matériau en contact avec la glace et des conditions expérimentales utilisées (soit : le type de glace, son mode de formation, et la méthode utilisée pour mesurer la force d’adhérence).
En résumé, malgré le grand nombre d’études liées à la réduction de l’adhésion de la glace à une surface [17, 28-33, 35-41], peu de travaux ont traité des mécanismes physiques fondamentaux responsables de cette adhésion et, en conséquence, peu de connaissances ont été accumulées sur le sujet [22]. Cette adhérence forte de la glace à des matériaux est due principalement aux propriétés de l’interface glace/matériaux, où les molécules d’eau interagissent fortement avec le solide. D’un point de vue industriel, les futurs revêtements glaciophobes pourraient être très rugueux, chimiquement hétérogènes et utilisables dans des conditions climatiques (température, vent, et précipitations) variables incluant la neige, la pluie verglaçante et le givre. Il devient donc très important d’étudier le mécanisme d’adhésion de la glace d’un point de vue global pour intégrer toutes ces données, et ce, afin d’élaborer des matériaux appropriés capables de réduire l’accumulation de la glace sur des surfaces exposées.
Objectifs
La recherche entreprise dans le cadre de cette thèse se base principalement sur la compréhension des différents mécanismes influençant l’adhésion de la glace à une surface solide. Les objectifs principaux à atteindre à travers ce projet sont la détermination et la quantification du ou des mécanisme(s) impliqué(s) dans le processus d’adhésion de la glace à la surface de différents matériaux en fonction de leur composition chimique et de leur morphologie. Néanmoins, pour bien élaborer nos investigations, les objectifs spécifiques suivants ont été fixés : • Étudier la théorie du principe de la charge image et de la force ou de l’énergie électrostatique. Selon l’hypothèse de la présence de charges à la surface de la glace, une structure en couche double s’établit lorsque la glace est en contact avec un matériau [22]. Une force électrostatique liée au principe de charge image à l’interface glace/matériau est engendrée. La variation de la force ou de l’énergie électrostatique en fonction des paramètres tels que la constante diélectrique de la glace et du matériau ainsi que la distance sera présentée. • Évaluer l’énergie de van der Waals à partir des théories existantes. L principe de mesure de l’énergie de van der Waals basée sur la théorie de Dzyaloshinskii, Lifshitz, et Pitaevskii (théorie de DLP) a fait l’objet de plusieurs études [24, 46-47]. Cette théorie repose sur le calcul de l’énergie de van der Waals de trois matériaux ou plus mis en contact. Dans nos investigations, nous calculerons l’énergie de van der Waals où une couche d’eau quasi-liquide est prise en considération étudiée à l’interface glace/matériau. Cette approche est valide puisqu’à une température de -10°C, une couche quasi-liquide est toujours présente à l’interface glace/matériau. La détermination de la variation de l’énergie de van der Waals en fonction de l’épaisseur de la couche quasi-liquide permet donc d’évaluer l’influence de cette dernière sur l’énergie de van der Waals. • Définir les liaisons hydrogène et leurs impacts sur l’adhésion de la glace. Connue pour être responsable de la structure cristalline de la glace, la liaison hydrogène demeure toujours présente lorsqu’on s’intéresse à l’étude des forces ou des énergies responsables de l’adhésion de la glace. L’énergie d’interaction a été calculée en se basant sur le principe d’interaction de la goutte avec une surface et en tenant compte de l’angle de glissement, puis a été comparée aux autres énergies (électrostatique et van der Waals). • Définir les paramètres ayant une influence prépondérante sur l’adhésion de la glace à une surface (composition chimique et rugosité). Lors de la mesure de la force d’adhérence de la glace à une surface, l’un des paramètres considérés est la composition chimique des surfaces étudiées, soit des métaux possédant une couche d’oxyde et un polymère. Ce paramètre détermine l’aptitude de la glace à adhérer à une surface. La rugosité est aussi abordée car ce paramètre permet de décrire le lien adhésif entre la surface du matériau et de la glace. Son étude permet également de noter la présence de bulles d’air, l’ancrage mécanique, et d’autres détails de la structure des matériaux. • Analyser les résultats théoriques et les résultats expérimentaux. Afin d’améliorer les connaissances actuelles sur les différents mécanismes responsables de l’adhésion de la glace sur une surface, une étude théorique et une expérimentale, sont indispensables. L’étude théorique focalisera principalement sur le calcul des différents énergies, à savoir les énergies électrostatiques, de van der Waals et celles résultant de la liaison hydrogène. La partie expérimentale s’intéresse aux mesures locales de la force d’adhérence. Ces mesures permettent de décrire clairement les qualités physiques de la structure de la surface étudiée (homogène ou hétérogène, lisse ou rugueuse, hydrophobe ou hydrophile, etc.). • Quantifier les différents mécanismes impliqués dans l’adhésion de la glace sur une surface. L’évaluation des différents facteurs énumérés dans la description des objectifs précédents permet de quantifier les mécanismes enjeu et d’identifier celui qui domine dans le phénomène d’adhésion de la glace à un substrat ou un revêtement. Cette démarche a pour but de définir des critères pour la fabrication de matériaux glaciophobes performants.
Méthodologie
Afin de mesurer la force d’adhérence de la glace sur une surface solide, divers types de matériaux ont été sélectionnés dans cette étude. Pour chacun, l’influence de la constante diélectrique, de l’énergie de surface, de la composition chimique, de la morphologie et de la rugosité a été validée. Les énergies électrostatiques, de van der Waals et celle qui résulte de la liaison hydrogène ont été calculées à partir des équations déjà établies dans la littérature. Pour ces calculs, le Polytétrafluoroéthylène (PTFE ou Téflon®), les couches naturelles d’oxyde de titane (TiÛ2), de l’aluminium (AI2O3), de zinc (ZnO) et de zirconium (ZrO2) présentes sur les métaux associés ont été choisis. Pour approfondir nos connaissances sur l’influence de la rugosité de ces matériaux sur la force d’adhérence de la glace, un polissage à différents degrés de rugosité à été effectué.
La variation de la force d’adhérence de la glace en fonction de la constante diélectrique a été également évaluée. L’oxyde de l’aluminium a été sélectionné afin de calculer la constante diélectrique théorique de la couche d’oxyde. À cette fin, des anodisations réalisées à différentes durées d’électrolyse ont été effectuées sur divers échantillons. D’autres mesures de la force d’adhérence de la glace sur des surfaces traitées au PTFE ont été exécutées. Ces mesures permettront d’analyser plus précisément l’influence de la morphologie sur l’adhérence de la glace.
Enfin, la plupart des mesures de force d’adhérence de la glace ont été réalisées pour une glace accumulée à -10°C. Cette accumulation de glace a été obtenue par pulvérisation de gouttelettes d’eau surfondues dans un tunnel réfrigéré. La mesure de la force d’adhérence de la glace a été mesurée à partir d’une centrifugeuse .
Originalité de la recherche
Afin de bien comprendre les différents mécanismes physiques responsables de l’adhésion de la glace sur une surface, une étude globale théorique et expérimentale est primordiale. C’est dans ce contexte que s’inscrit ce projet de thèse, qui a été effectué dans le cadre des activités de la Chaire de recherche du Canada sur l’ingénierie du givrage des réseaux électriques (INGIVRE). Les recherches effectuées pour la présente étude s’intéressent plus particulièrement à l’évaluation des différentes forces mises en jeu à l’interface glace/substrat, lors d’un contact entre la glace et une surface solide. Jusqu’à présent, aucune étude n’a abordé l’influence des différents mécanismes responsables de la force d’adhésion de la glace à une surface solide. Les travaux effectués en ce sens ne traitent en général que d’un ou deux mécanismes d’adhésion à la fois. C’est pourquoi, dans la présente étude, l’influence relative des forces impliquées (électrostatique, de van der Waals et liaison hydrogène), de la rugosité du substrat et du type de précipitation dans l’adhésion de la glace à une surface solide sera présentée. Cette démarche vise essentiellement à améliorer la compréhension des différents mécanismes impliqués dans le processus d’adhésion de la glace sur différentes surfaces solides, notamment sur des métaux possédant une fine couche d’oxyde et sur un polymère. Cet avancement des connaissances devrait permettre d’élaborer ou de choisir les matériaux adéquats pour la protection des équipements contre l’accumulation de glace.
Organisation des chapitres
Nous avons abordé, dans ce premier chapitre, l’impact d’une tempête de verglas sur différentes surfaces exposées. Nous avons présenté quelques exemples des différentes méthodes de dégivrage utilisés. Nous avons aussi montré que pour remédier aux effets de l’accumulation de glace sur ces équipements, la recherche menée dans le domaine des nanotechnologies a démontré que des surfaces dites superhydrophobes ou glaciophobes peuvent considérablement réduire la force d’adhérence de la glace. Nous avons aussi précisé l’importance d’une telle étude pour l’élaboration ou la conception des matériaux adéquats quant à la protection des équipements contre l’accumulation de glace. Dans le second chapitre nous allons exposer une revue de littérature globale du processus d’adhésion de la glace à une surface solide. La première partie traitera la structure et les propriétés physiques de la glace. La deuxième section abordera Phydrophobicité et la superhydrophobicité. La troisième partie traitera les mécanismes responsables de l’adhésion de la glace à une surface. Elle abordera également brièvement les diverses méthodes de mesure de la force d’adhérence de la glace.
Dans le troisième chapitre, la méthodologie et le dispositif expérimental utilisés dans cette étude sont présentés. Les différentes étapes du traitement des surfaces et les divers instruments liés à l’analyse de celles-ci sont abordés. Le mode de formation de la glace et l’appareil de mesure de la force d’adhérence de la glace sont également présentés. Dans les quatrième et cinquième chapitres, nous présenterons les différents résultats obtenus. Le quatrième chapitre sera essentiellement consacré à l’analyse des trois mécanismes physiques fondamentaux impliqués dans l’adhésion de la glace: l’énergie électrostatique, l’énergie de van der Waals et la liaison hydrogène. Nous présenterons aussi dans ce chapitre la caractérisation des différentes surfaces, plus spécifiquement leur morphologie, leur rugosité et leur hydrophobicité. Le cinquième chapitre traitera des mesures de forces d’adhérence sur différentes types de surfaces. Une analyse des surfaces après un nombre de cycles de glaçage/déglaçage défini sera aussi abordée. Dans le sixième chapitre, les conclusions générales déduites des résultats et des discussions présentées dans les chapitres précédents seront exposées. Ce chapitre comportera également les recommandations pour la continuité et l’avancement des travaux dans le domaine de l’adhésion de la glace à des surfaces.
LA GLACE ET SON PROCESSUS D’ADHÉSION
Structure de la glace
Propriétés physiques de la glace et son mode de formation La glace présente plus de onze variétés cristallines dont huit sortes sont présentées à la Figure II. 1 et existe également sous forme amorphe [21, 48]. Dans les conditions de pression et de température rencontrées sur Terre, la glace avec laquelle nous sommes le plus familier est appelée glace Ih, et sur la Figure II.1 correspondrait à une zone quasiment collée à Taxe des températures.
Différents types de défauts présents dans la glace Un défaut dans un cristal de glace implique une zone moléculaire ou atomique différente de celle de l’ensemble constituant le cristal. On parle de défauts intrinsèques (nommés aussi défauts protoniques) et de défauts extrinsèques engendrés en général par des impuretés. Dans le cadre de cette étude, on s’intéresse spécialement aux défauts protoniques, car ils déterminent les mécanismes de déplacement des porteurs de charge dans la glace, influençant ainsi les propriétés diélectriques de celle-ci. À la Figure II.3, on note que le passage d’un proton d’une molécule d’eau à une autre permet la création d’une paire de défauts ioniques (OH » et H3O+ ), alors qu’une molécule d’eau, tournant de 2njZ autour d’une des liaisons O-O permet la création d’un défaut rotationnel de Bjerrum de type L (Leer, suppression d’une liaison hydrogène entre deux oxygènes) ou D (Doppelt, liaison occupée par deux protons) [21, 50], La glace est donc un conducteur dit protonique, capable de conduire le courant par déplacement d’ions positifs au lieu d’électrons.
Couche quasi-liquide La glace, telle que nous la connaissons dans la vie de tous les jours, est un des très rares matériaux solides étant proche de son point de fusion. En surface, sa structure n’est plus ordonnée en réseau hexagonal comme au sein du cristal, et la plupart des atomes d’hydrogène des molécules d’eau sont orientés vers l’extérieur [21, 53]. Les molécules d’eau à sa surface forment moins de liaisons que dans son volume et sont donc plus sensibles à l’agitation thermique. Par conséquent, une couche dite quasi-liquide est présente à sa surface et, dans le cas de l’adhésion, à l’interface d’un matériau et de la glace. Des études ont été effectuées pour comprendre le comportement d’une surface de glace et son interaction avec des surfaces solides dans le cas de l’existence d’une couche quasi-liquide, et ce en fonction de la température [45, 54-56]. Jellinek estime que l’épaisseur de cette couche peut s’étendre de 10’6 (100 Â) à 10″5 cm (1000 Â) à une température de -4,5°C [45]. Ceci représente une couche d’une épaisseur variant 30 à 300 molécules d’eau [45].
Conclusions générales
Cette recherche, entreprise dans le cadre d’une thèse de doctorat, a permis de décrire différents mécanismes responsables de l’adhésion de la glace sur diverses surfaces. L’étude de ces mécanismes est complexe et il est important de connaître le rôle de chaque paramètre afin de bien saisir leur importance spécifique. L’intérêt de cette étude repose sur l’amélioration des connaissances sur le phénomène et s’intéressera particulièrement à l’évaluation des différentes forces mises enjeu à l’interface glace/substrat lors d’un contact entre la glace et une surface solide. Dans la présente étude, effectuée au sein de la chaire CÏGELE/INGIVRE de PUQAC, des matériaux présentant différentes constantes diélectriques et morphologies, l’oxyde d’aluminium, l’oxyde de titane et le PTFE, ont été choisis afin de bien mettre en évidence les mécanismes de l’adhésion de la glace à leur surface. Cette étude a montré clairement que le processus d’adhésion de la glace à une surface ne repose pas sur un seul mécanisme.
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Table des matières
CHAPITRE I INTRODUCTION
1.1 PROBLÉMATIQUE ET CONTEXTE SCIENTIFIQUE
1.2 TRAVAUX ANTÉRIEURS
L3 OBJECTIFS
1.4 MÉTHODOLOGIE
1.5 ORIGINALITÉ DE LA RECHERCHE
1.6 ORGANISATION DES CHAPITRES
CHAPITRE II LA GLACE ET SON PROCESSUS D’ADHÉSION
II. 1 STRUCTURE DE LA GLACE
II. 1.1 Propriétés physiques de la glace et son mode de formation
II. 1.2 Différents types de défauts présents dans la glace
IL 1.3 Couche quasi-liquide
11.2 HYDROPHOBICITÉ ET SUPERHYDROPHOBICITÉ
11.2.1 Énergie de surface
11.2.2 L’angle de contact hystérésis
11.2.3 Superhydrophobicité dans la nature
11.2.4 Élaboration d’une surface superhydrophobe.
11.2.4.1 Conception d’une surface rugueuse d’un matériau à faible énergie de
surface
11.2.4.2 Conception d’une rugosité suivie d’un recouvrement de la surface par un
matériau à faible énergie de surface
11.3 MÉCANISMES RESPONSABLES DE L’ADHÉSION DE LA GLACE À UNE SURFACE
11.3.1 Introduction
11.3.2 Influence du type de surface en contact avec la glace sur la force d’adhésion
11.3.3 Énergie électrostatique
IL3.4 Forces de van der Waals
11.3.5 Liaison hydrogène
IL3.6 Influence de la morphologie des substrats et des revêtements
11.4 MÉTHODES DE MESURE DE LA FORCE D’ADHÉRENCE DE LA GLACE
II.5 CONCLUSION
CHAPITRE III DISPOSITIFS EXPÉRIMENTAUX ET MÉTHODOLOGIE
III. 1 PRÉPARATION DES ÉCHANTILLONS
III. 1.1 Sélection des différents échantillons
III. 1.2 Polissage des surfaces
III. 1.3 Anodisation des échantillons en aluminium
III. 1.4 Mesure de l’épaisseur de la couche anodisée
III. 1.5 Imprégnation du PTFE
111.2 ANALYSE DES ÉCHANTILLONS ,
III.2.1 Profilomètre
IIL2.2 Microscope électronique à balayage (MEB)
IIL2.3 Microscope à force atomique (AFM) ,
111.2.4 Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR)
111.2.5 Mesure de la constante diélectrique de la couche anodisée
111.3 MESURE DES PROPRIÉTÉS HYDROPHOBES ET GLACIOPHOBES DES DIFFÉRENTS
MATÉRIAUX
111.3.1 Mouillabilité, mesure de l’angle de contact (Goniomètre).
111.3.2 Mesure de l’angle de glissement
IIL3.3 Soufflerie réfrigérée.
IIL3.4 Centrifuge CAT
CHAPITRE IV ÉVALUATION DE LA CONSTANTE DIÉLECTRIQUE DE L’ALUMINE ET CALCUL THÉORIQUE DES DIFFÉRENTES ÉNERGIES PRÉSENTES À L’INTERFACE GLACE/MATÉRIAU
IV.1 INTRODUCTION
IV.2 MESURE DE LA CONSTANTE DIÉLECTRIQUE
IV.2.1 Morphologie de la couche anodisée
IV.2.2 Épaisseur de la couche anodisée
IV.2.3 Analyse chimique de la couche anodisée
IV.2.4 Calcul théorique de la constante diélectrique de la couche d’oxyde
IV.2.5 Variation de la capacité en fonction de la fréquence
IV.2.6 Calcul et simulation d’impédance électrochimique
IV.2.7 Comparaison des résultats expérimentaux et ceux obtenus par simulation
IV.3 ANALYSE THÉORIQUE DES DIFFÉRENTES ÉNERGIES
IV.3.1 Énergie électrostatique
IV.3.2 Énergie de van der Waals
IV.3.2.1 Variation de la constante diélectrique en fonction de la fréquence
IV.3.2.2 Variation de l’énergie de van der Waals en fonction de la distance
IV.3.3 Énergie d’une liaison hydrogène
IV.3.4 Comparaison entre les différentes énergies
IV.4 CONCLUSION
CHAPITRE V ÉVALUATION DES PROPRIÉTÉS HYDROPHOBES ET GLACIOPHOBES DES DIFFÉRENTS MATÉRIAUX DÉFINIS SELON LEUR COMPOSITION CHIMIQUE ET LEUR MORPHOLOGIE
V.l INTRODUCTION
V.2 MESURE DE L’ADHÉRENCE DE LA GLACE SUR DES MÉTAUX
V.2.1 Variation de l’adhérence de la glace en fonction de la rugosité
V.2.2 Influence de la structure de la glace
V.3 MESURE DE L’ADHÉRENCE DE LA GLACE SUR UN POLYMÈRE
V.3.1 Morphologie d’une surface anodisée après imprégnation du PTFE
V.3.2 Analyse chimique de la surface par le biais du FTIR ;
V.3.3 Propriétés hydrophobes des surfaces
V.3.4 Variation de l’angle de contact statique en fonction de la température
V.4 VARIATION DE L’ADHÉRENCE DE LA GLACE, DE L’ANGLE DE CONTACT EN FONCTION
DU NOMBRE DE CYCLES DE GIVRAGE/DÉGIVRAGE
V.5 DURABILITÉ DES REVÊTEMENTS EN PTFE
V.6 ANALYSE CHIMIQUE DE LA SURFACE APRÈS LES CYCLES DE GLAÇAGE/DÉGLAÇAGE
V.7 CONCLUSION
CHAPITRE VI CONCLUSIONS GÉNÉRALES
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