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Active Superhydrophobicity

Thévenin , Raphaële ; Physique et mécanique des milieux hétérogenes ( PMMH ) ; Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Université Paris Diderot - Paris 7 ( UPD7 ) -ESPCI ParisTech-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) ; Laboratoire d'hydrodynamique ( LadHyX ) ; École polytechnique ( X ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) ; Ecole polytechnique ; Christophe Clanet

https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-01074498

HAL CCSD, 2014

Accessible en ligne

  • Titre:
    Active Superhydrophobicity
  • Auteur: Thévenin , Raphaële
  • Autre(s) auteur(s): Physique et mécanique des milieux hétérogenes ( PMMH ) ; Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Université Paris Diderot - Paris 7 ( UPD7 ) -ESPCI ParisTech-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) ;
    Laboratoire d'hydrodynamique ( LadHyX ) ; École polytechnique ( X ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) ;
    Ecole polytechnique ;
    Christophe Clanet
  • Sujets: viscous impregnation ; elasto-capillarity ; thermo-sensitivity ; air entrainement ; superhydrophobicity ; biomimetism ; superhydrophobie ; biomimétisme ; entraînement d'air ; thermo-sensibilité ; élasto-capillarité ; impregnation visqueuse ; [ PHYS ] Physics [physics]
  • Fait partie de: https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-01074498
  • Description: A droplet of water on a lotus leaf stays spherical as a bead, and rolls very easily without leaving any trace behind; the leaf is thus protected from water and stays dry. This property is called superhydrophobicity, or « Lotus effect ». This thesis is about studying remarkable surperhydrophobic behaviors in nature and understanding their origins to inspire the creation of new materials.A part of this thesis is dedicated to an unusual spider, the Diving Bell spider, which has everything of a terrestrial spider, especially its structure and respiratory system, but that lives its entire life under water. To breath oxygen in the gas form, it constructs itself a bell of air under water by accumulating bubbles that it pulls from the water surface, thanks to its superhydrophobic abdomen. We are interested in the coupling of the superhydrophobic properties of its abdomen and the dynamic of the air cavities pulled by the spider when it leaves an air/water interface.We also design new sensitive and active water repelling materials, inspired by living superhydrophobic sur- faces in nature. It is now well established that the rugosity of a surface plays a crucial role in its wetting properties. The goal is therefore to tune a generally fixed rugosity. A way to do so, is to make the textures with a material that we can modify the mechanical properties of, for example its elasticity. To take it a step further, it is an interesting challenge to create surfaces of which one can modify the structure of the textures by applying external stimuli, so as to tune their wetting properties. Finally, we show that the behavior of a non-wetting drop on such surfaces can depend on its rheological properties, and especially viscosity.
    Une goutte d'eau posée sur une feuille de lotus reste sphérique, sous forme de perle, et roule très facilement sans laisser de trace derrière elle ; la feuille est ainsi protégée de l'eau. On appelle cette propriété superhydrophobie, ou « effet Lotus ». Cette thèse porte sur l'étude de cas de superhydrophobie originaux rencontrés dans la nature et tente de s'en inspirer pour construire des matériaux nouveaux. Une partie de cette thèse est consacrée à une araignée remarquable, l'Argyronète Aquatique, qui a tout d'une araignée terrestre, en particulier sa structure et son mode respiratoire, mais qui a la particularité de vivre en permanence sous l'eau. Afin de respirer de l'oxygène gazeux, elle se construit un abri sous-marin sous la forme d'une cloche d'air en accumulant des bulles d'air qu'elle tire à la surface de l'eau grâce à son abdomen superhydrophobe. Nous nous intéressons au couplage des propriétés superhydrophobes de l'abdomen avec la dynamique des cavités créées lorsque l'araignée quitte ces interfaces air/eau. Une autre idée est de s'inspirer des propriétés de surfaces superhydrophobes vivantes de la nature pour mettre au point de nouveaux matériaux actifs. Il est maintenant bien établi que la rugosité d'une surface joue un rôle crucial dans ses propriétés de mouillage. L'enjeu est donc de parvenir à modifier une rugosité a priori figée. Nous discutons ainsi comment fabriquer des textures avec un matériau dont on peut moduler les propriétés mécaniques, par exemple son élasticité. Pour aller plus loin, il est possible de mettre au point des surfaces dont on peut modifier la structure des textures par un stimulus extérieur afin d'en varier les propriétés de mouillage. Enfin, nous montrons que le comportement d'une goutte non-mouillante sur de telles surfaces peut dépendre de ses propriétés rhéologiques, et en particulier de sa viscosité.
  • Éditeur: HAL CCSD
  • Date de publication: 2014
  • Langue: Français
  • Identifiant: pastel-01074498
  • Source: ESPCI Paris (archives ouvertes)
  • Droits: info:eu-repo/semantics/OpenAccess

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