Lorsque
notre doigt touche certaines surfaces telles qu’une tartine de confiture,
de la peinture fraîche ou encore une étiquette autocollante,
on a une impression indéniable, souvent désagréable,
de rester collé comme si d’invisibles forces retenaient notre
doigt. En fait cette impression ne reflète qu’une partie
de la réalité. La force existe bel et bien : c’est
la force dite de Van der Waals qui lie notre doigt à la substance
en question, mais ce n’est qu’une condition nécessaire.
Pour que notre système nerveux puisse détecter ces forces
de Van der Waals et éprouver une sensation de collant il faut qu’elles
induisent une déformation importante de la substance qui recouvre
la surface en question.
Ceci n’est possible que dans des conditions très spécifiques
qui dépendent de la rugosité (et de la propreté)
de notre doigt et surtout des propriétés dites rhéologiques
de la substance collante. (La rhéologie est la science qui étudie
la déformation de liquides et de solides complexes et qui caractérise
leurs comportements élastiques et visqueux). Pour pouvoir expliquer
pourquoi certains matériaux apparaissent comme collants il est
indispensable de bien comprendre leur déformation lorsqu’on
applique une force.
| Fig1 Déformation d'une huile visqueuese entre deux plaques | Fig2 décollement d'un ruban adhésif collé sur lui-même |
Dans cette conférence nous allons expliquer et illustrer par quelques expériences simples d’adhésion et de déformation, comment les forces de Van der Waals permettent de déformer ces substances collantes. Nous allons partir d’huiles de viscosité importante en allant vers des matériaux plus complexes à base de polymères, qui sont visqueux et élastiques à la fois. Sur la figure 1, la déformation d’une huile visqueuse entre deux plaques est visualisée à travers une plaque transparente. Lorsqu’on augmente la séparation entre les deux plaques, des bulles d’air ou doigts apparaissent et les parois qui les séparent diminuent et forment des filaments liquides qui pontent les deux surfaces. Ces huiles apparaîtront comme modérément collantes au toucher et laisseront un dépôt sur le doigt. A contrario, sur la figure 2, vous pouvez visualiser un cliché de microscopie électronique montrant le décollement d’un ruban adhésif collé sur lui-même. Ce type d’adhésif, bien que fortement collant au toucher, ne laissera aucun résidu sur le doigt.
Dans les deux cas, la formation de ces filaments est indissociable d’une impression de collant et nous allons discuter en détails quels sont les principes physiques derrière la formation des ces filaments et donc les critères de conception d’une surface collante.