Propriétés de surface

Abstract

La surface d’un corps, qu’il soit liquide ou solide, est le siège de phénomènes particuliers, de nature physique ou physico-chimique, nommés phénomènes de surfaces. La science des surfaces est une branche de la science des matériaux dédiée à l’exploration des phénomènes qui se déroulent à l'interface entre deux phases ou entre une phase et le vide. En effet, pourquoi considérer les surfaces comme une catégorie de systèmes distincts et consacrer une science spécifique à leur étude? Les surfaces présentent des propriétés distinctes résultant de leur discontinuité. Contrairement à une molécule (ou un atome) qui se situe dans la masse d’un matériau, une molécule localisée à l’interface subit à des interactions radicalement différentes. Cette discontinuité des interactions engendre des phénomènes particuliers. Les surfaces sont des zone de grande réactivité, ce qui est largement exploité dans divers domaines. En formulation, il est crucial de maîtriser le mouillage afin d’optimiser l’étalement de films, que ce soit dans le contexte de peintures, de pesticides ou encore pour maintenir des poudres en suspension dans des liquides. Dans le domaine du génie chimique, l’utilisation de bulles ou de mousses est courante pour séparer un métal de sa gangue, un processus connu sous le nom de « flottation ». L’extraction du pétrole des roches réservoirs implique souvent l’injection d’eau dans le milieu poreux. Les phénomènes de surfaces trouvent également de nombreuses applications dans des secteurs tels que pour l’industrie chimique (insecticides, peintures…), l’automobile (traitement de surface, traitement des pneus pour l’adhérence,…), l’alimentaire (mise en solution de poudre comme le lait ou le cacao), le bâtiment (protection des monuments, hydrofugation,…), ainsi que les industries cosmétiques et galéniques (étalement des crèmes, du mascara, des shampooings,…). Ce cours a été spécialement élaboré pour répondre aux exigences du programme d’enseignement destiné aux étudiants en Licence professionnalisante du système LMD, spécialité Génie de la Formulation à l’Institut de Technologie, université de Bouira. Il peut aussi être d’une certaine utilité pour les étudiants de Master en Génie des Procédés ou en Chimie des Matériaux. Son objectif est d’introduire les étudiants (es) aux concepts fondamentaux des phénomènes de surface. Ce présent polycopié de cours intitulé Propriétés de surface est réparti en quatre chapitres, le contenu de chaque chapitre est consacré à la présentation des acquisitions fondamentales, suivi d’un QCM et d’une série d’exercices d’application dans le but d’évaluer et de renforcer sa compréhension. Le premier chapitre traite les notions de base sur les propriétés interfaciales et la tension superficielle. Le deuxième chapitre est consacré à l’étude des deux principales conséquences de la tension superficielle : la loi de Laplace et la capillarité. Le troisième chapitre présente pour une grande part le phénomène du mouillage. Le quatrième chapitre est dédié à la description des phénomènes d’adhésion et notion de films minces.