Mesure d’angle de contact

Vous souhaitez mesurer l'angle de contact entre vos échantillons liquide et solide ? Le Laboratoire Calnesis réalise ces mesures avec des outils de précision sur une large gamme de température.
Schéma de l'angle de contact
Schéma de l’angle de contact

Qu’est ce qu’un angle de contact ?

La définition de l’angle de contact correspond à l’angle formé à l’interface d’une goutte de liquide posée sur une surface plane solide, aussi nommé substrat.

On parle de mouillage ou de mouillabilité pour caractériser un étalement plus ou moins important de la goutte sur les matériaux. 

Dans le cas de l’eau ou d’autre composés polaires, on parlera de surface hydrophobe lorsque l’angle de contact mesuré est élevé. Dans le cas contraire, il s’agira d’une surface hydrophile.

Pourquoi mesurer un angle de contact ? 

Les angles de contact sont des grandeurs physico-chimiques résultantes des différentes interactions moléculaires existantes entre les liquides et les solides. L’angle dépend des énergies d’interaction entre :

  • la surface solide et le liquide
  • le liquide et l’air
  • la surface solide et l’air

Cet angle est donc lié aux différentes tensions superficielles ou interfaciales mises en jeu. Leur détermination permet d’évaluer la mouillabilité de la surface étudiée par le produit liquide testé.  

Quelle est l’unité de mesure d’un angle de contact ? 

Les angles de contact sont des angles géométriques exprimés en degrés (°). Leur valeur est donc comprises en 0° (mouillabilité totale) et 180° (aucune mouillabilité). Dans la pratique, il est difficile de rencontrer et mesurer des angles de contact à ces deux extrêmes.

Comment mesurer un angle de contact ? 

Photographie de profil d’une goutte d’eau sur une surface plane obtenu avec un banc optique

La détermination de l’angle de contact consiste généralement à analyser le profil de gouttes de liquide de volume constant déposées sur la surface solide (méthode de la goutte sessile). 

Par le passé, les mesures d’angles de contact étaient réalisées avec un goniomètre. Ce dispositif expérimental ressemble à une équerre réglable, mais a été remplacé par des techniques de caractérisation modernes. 

Dorénavant, les angles de contact sont mesurés en laboratoire par traitement d’images du profil des gouttes déposées sur une surface. La prises d’image peut en effet être réalisée en haute résolution avec un tensiomètre ou des bancs optiques plus ou moins complexes. Un exemple de profil de goutte d’eau sur une surface est présenté sur la figure ci-dessus.

L’analyse d’image est réalisée à l’aide d’un logiciel dédié à l’instrument. Il permet de tracer avec précision une ligne support à partir des points extrêmes de la goutte sur la surface. Le détourage de la partie supérieure de la goutte en forme d’ellipse permet alors de déterminer précisément l’angle de contact, par calcul.

Quels sont les paramètres influençant une mesure d’angle de contact ?

Les angles de contact peuvent évoluer avec la température. Ainsi, de nombreux appareils permettent de réaliser ces mesures en régulant la température du support qui l’imposera à la goutte déposée.

Chez Calnesis, nous proposons systématiquement au moins 3 mesures par couple substrat/liquide pour réduire l’incertitude expérimentale des mesures d’angles de contact.
Mickaël Simond, Président et Directeur commercial, Calnesis

Les mesures peuvent aussi être réalisées en fonction du temps. En effet, la composition de la goutte de liquide peut éventuellement se réorganiser à l’interface pendant un certain temps. Ce type de phénomène est surtout provoqué par la présence de solvant ou de tensio-actifs. Ceci provoque une évolution progressive des angles de contact jusqu’à leur stabilisation. Il faut alors établir si la mesure doit être faite juste après la dépose de la goutte, après un certain délai, ou à l’équilibre. Un suivi au cours du temps est également possible sur certains appareils.

Enfin, les mesures peuvent êtres réalisées de manière classique en statique, mais aussi en dynamique. Le volume de la goutte varie alors au cours du temps.

Quelles sont les précautions à prendre avant de mesurer un angle de contact ?

​Les mesures d’angles de contact sont très sensibles aux pollutions des liquides, mais aussi et surtout des surfaces. Il confient donc de s’assurer que les supports fournis soient le plus propres possible. Des pollutions même en faible quantités peuvent en effet modifier de manière importante les angles mesurés.

Les supports fournis doivent être le plus réguliers et plats possible afin de fiabiliser la prise d’images et leur exploitation.

Enfin, l’incertitude expérimentale sur de telles mesures peut vite avoisiner les 3-4° pour les angles les plus grands. Ainsi, il convient de toujours réaliser plusieurs mesures par couple matériaux/liquide. Le résultat considéré pour la caractérisation sera la moyenne des valeurs obtenus, en excluant parfois les valeurs extrêmes.


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