Gouttes, bulles, perles et ondes

Pierre-Gilles de Gennes est professeur au Collège de France, Directeur de l'ESPCI, Prix Nobel de physique.

Françoise Brochard-Wyart est professeur à l'université Pierre-et-Marie-Curie.

David Quéré est directeur de recherche au CNRS.

Introduction. Le monde des gouttes, bulles, perles et ondes

Objectifs

Chapitre 1. Capillarité : interfaces mobiles

1. La tension superficielle
1.1 Origine physique
1.2 Définition mécanique : énergie superficielle et force capillaire
1.3 Mesure des tensions superficielles (et interfaciales)
1.4 Discontinuité de la pression : Laplace 1805
1.5 Surfaces minimales
1.6 Surfaces minimales de courbure nulle
2 Contact à trois phases : mouillage
2.1 Deux types de mouillage : le paramètre d'étalement S
2.2 Critères de mouillage : règle de Zisman
2.3 Choix des couples solide/liquide
2.4 Substrat liquide : construction de Neuman
- Annexe. Surfaces minimales. Équations d'Euler-Lagrange
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Chapitre 2. Capillarité et pesanteur

1 La longueur capillaire
2 Gouttes et flaques en mouillage partiel
2.1 Forme des gouttes
2.2 Gouttelettes
2.3 Gouttes lourdes
2.4 Techniques expérimentales de caractérisation des gouttes
3 Ménisques
3.1 Taille caractéristique
3.2 Hauteur et forme
3.3 Ménisque sur un fil
4 Montée capillaire dans des tubes - Loi de Jurin
4.1 Historique
4.2 Loi de la montée capillaire
4.3 Raisonnement en pression
5 Lentilles flottantes
5.1 Le paramètre d'étalement
5.2 Forme des lentilles flottantes (S 6 Compléments sur les méthodes de mesure des tensions de surface
6.1 Formes de gouttes
6.2 Mesures de pression
6.3 Mesures de forces
6.4 Cas des interfaces solides « mous »
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Chapitre 3. Hystérésis et élasticité des lignes triples

1 Présentation des phénomènes
1.1 Avancée et reculée
1.2 Ancrage de la ligne triple
2 Élasticité de la ligne triple
2.1 Le mythe de la tension de ligne
2.2 L'élasticité de frange
3 Hystérésis pour des défauts espacés forts
4 Surfaces à défauts denses
4.1 Un exemple réaliste
4.2 Petits défauts non corrélés
5 Deux cas où l'on retrouve l'élasticité des cordes vibrantes
5.1 Cellules de Hele-Shaw
5.2 Bords de flaques
5.3 Distorsion des flaques
6 Rôle de l'agitation thermique
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Chapitre 4. Mouillage et forces à longue portée

1 Énergies et propriétés des films
1.1 Passage du macroscopique au microscopique
1.2 Changements d'épaisseur et pression de disjonction
1.3 Tension globale sur un film
1.4 Trois types de mouillage
2 Nature des forces à longue portée
2.1 Force de van der Waals
2.2 Cas où les forces de van der Waals dépendent de la température
2.3 Interactions de van der Waals des solides feuilletés : traitements de surface
2.4 Autres forces à longue portée
3 Quelques manifestations des forces à longue portée
3.1 Films sur support faiblement rugueux : la longueur de cicatrisation
3.2 Structure fine de la ligne triple
4 Les films stratifiés
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Chapitre 5. Hydrodynamique interfaciale

1 Mécanique des films : l'approximation de lubrification
2 Dynamique de films minces
2.1 Amincissement d'un film vertical
2.2 Nivellement d'un film horizontal
2.3 Instabilité de Rayleigh-Taylor
2.4 Instabilité de Plateau-Rayleigh
3 Mouillage forcé
3.1 Modèle Landau-Levich-Derjaguin (et une variante)
3.2 Liquides savonneux
3.3 Autres géométries
4 Dynamique de l'imprégnation
4.1 Présentation
4.2 Loi de Washburn
4.3 Régime inertiel
5 Vagues et rides
5.1 Condition d'eau profonde
5.2 Discussion de la relation de dispersion en régime inertiel
5.3 Atténuation
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Chapitre 6. Dynamique de la ligne triple

1 Expériences de base
2 Relation force/vitesse
2.1 Le modèle mécanique (dissipation visqueuse)
2.2 Le modèle chimique
3 Modes d'oscillation d'une ligne triple
4 Dynamique du mouillage total
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Chapitre 7. Le démouillage

1 Épaisseur critique de démouillage
1.1 Film supporté sur un substrat solide
1.2 Film supporté par un substrat liquide
1.3 Films liquides intercalés
2 Démouillage visqueux
2.1 Substrat solide modèle
2.2 Substrats solides imparfaits
2.3 Substrats liquides
2.4 Démouillage spinodal
3 Démouillage inertiel
3.1 Le nombre de Reynolds Re
3.2 Le nombre de Froude : condition de choc
3.3 Démouillage inertiel liquide/liquide
4 Démouillage viscoélastique
4.1 Éclatement de films ultra-visqueux
4.2 Vie et mort des bulles visqueuses
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Chapitre 8. Surfactants

1 Les couples frustrés
1.1 Principe
1.2 La notion de balance hydrophile/hydrophobe (HLB)
2 Les associations de surfactants
2.1 Associations en volume : les micelles
2.2 Interfaces eau-air
3 Quelques applications des surfactants
3.1 Flottation
3.2 Détergence
3.3 Émulsification
3.4 Les surfactants en tant qu'agents de mouillage et de démouillage
4 Films et bulles de savon
4.1 Fabrication des films
4.2 Le rôle du surfactant
4.3 Les mécanismes de drainage
4.4 Vieillissement et mort des films
4.5 Le cas des bulles
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Chapitre 9. Interfaces spéciaux

1 Présentation
2 Mouillage des surfaces texturées
2.1 Modèles de base
2.2 Surfaces rugueuses composites
2.3 Perles et billes liquides
3 Mouillage et milieux poreux
3.1 Ascension capillaire dans un poreux
3.2 Angle d'équilibre à la surface d'un poreux
3.3 Expérience de pompage sur goutte
3.4 Expérience de pompage sur film
4 Interfaces mous
4.1 Principes du mouillage « élastique »
4.2 Observations expérimentales du mouillage élastique
4.3 Démouillage « élastique » d'un film intercalé
4.4 Transitions de mouillage sous cisaillement : principe de l'aquaplaning
4.5 Rôle des nucléateurs en mouillage forcé : sillage Cerenkov
4.6 Conclusion
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Chapitre 10. Phénomènes d'entraînement

1 Gradients chimiques
1.1 Expériences avec des vapeurs
1.2 Entraînement vers les régions mouillables
2 Gradients thermiques
2.1 Des gouttes qui aiment le froid
2.2 Émission de doigts
3 Mouillage réactif
3.1 Exemples
3.2 Colonne liquide dans un capillaire
3.3 Bigouttes
3.4 Gouttes filantes sur une surface solide plane
4 Entraînement par champ électrique
4.1 Intérêt des microsystèmes
4.2 Électrocapillarité
4.3 Principe de l'électro-osmose
4.4 Exemples
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