2013 MANIFEST – Design des surfaces texturées pour le contrôle des propriétés de rupture des interfaces de contact

La recherche proposée a un double objectif : comprendre le rôle de la texture d’une interface élastomère/solide sur sa dynamique de rupture et utiliser cette compréhension pour fonctionnaliser des surfaces en vue d’applications particulières (augmenter/diminuer la force d’adhésion/frottement).
Il s’agit de lever deux verrous :
– un technologique, consistant à réaliser des surfaces hétérogènes aux micro-échelles, ayant des propriétés d’adhésion/friction ajustées, et assez robustes pour soutenir les efforts en jeu dans des contacts solides.
– un scientifique, démêlant les rôles respectifs des différentes échelles spatiales d’hétérogénéités d’une interface de contact dans sa réponse mécanique.

Fig. 1: (A): Protocole pour réaliser des motifs chimiques contrôlés en combinant impression par micro-contact et greffage auto-assemblé. et : triethoxy- ou trichloro-silane fonctionnalisés ou même de chaînes de polymère greffées. (B) l’évolution des propriétés de surface en fonction de taux de greffage : (i) surface texturée, (j) profil d’une goutte sur différents substrats. (C) la variation du coefficient de frottement statique avec l’épaisseur d’un revêtement élastomère.

Résultats attendus

Nous développons des protocoles robustes (Fig. 1A) pour produire des substrats désordonnés de verre portant des hétérogénéités chimiques à petite échelle. La Fig. 1B illustre l’évolution des propriétés de surface en fonction de taux de greffage. En parallèle, nous avons étudié le coefficient de frottement statique µs entre une sphère élastomère et une surface solide revêtue d’un film élastomère. La Fig. 1C montre que µs peut varier d’un facteur 3 en fonction de l’épaisseur du film.

Intérêt industriel

Les perspectives industrielles sont larges, allant de la conception de surfaces à la caractérisation des interfaces pour des applications liées à la mouillabilité, l’adhérence et au frottement. Ceci intéresse les grandes compagnies qui exigent souvent une expertise pour résoudre des problèmes liés à l’adhésion et à la friction.

Les interfaces de contact sont omniprésentes sur les lignes de production industrielles et dans les produits manufacturés. Le frottement est soit: une source non souhaitée de dissipation d’énergie, ou un effet désirable pour prévenir la rupture d’une interface. Vu les sommes en jeu, une solution efficace pour optimiser le frottement entraînera d’importants bénéfices.