La
ligne de contact est le lieu où un ménisque, en général liquide-vapeur,
rencontre une surface solide. La ligne de contact, ou le ménisque, peut
s'accrocher sur les défauts de la surface. C'est donc un exemple de
système élastique en milieu aléatoire, au même titre qu'une paroi de
domaine magnétique, un réseau de voretx dans les supraconducteurs, un
front d'imbibition dans un milieu poreux...
Dans tous ces systèmes, on se pose un certain nombre de questions-type, par exemple :
Quelles sont les fluctuations de positions ?Quand on enfonce une plaque qui porte des petits défauts dans un liquide, la ligne de contact est distordue et avance par sauts.
Si
les défauts sont suffisamment grands, on peut directement observer la
dynamique de la ligne (
voir une ligne de contact en train de reculer sur une plaque couverte de défauts aléatoires de taille est de 10 micromètres).
Pour ce type de système, on peut aussi se demander : quelle
est la distribution des tailles de sauts ? Comment intervient la taille
finie du système ? Comment la distribution de taille dépend-elle de la
vitesse du système ?
Pour en savoir plus :
P. Le Doussal, K. Wiese, S. Moulinet, E. Rolley, Height fluctuations of a contact line: a direct measurement of the renormalized
disorder correlator, EPL 87, (2009).
La dynamique de la ligne est-elle reliée à l'hystérésis de mouillage ? Quand
la taille des défauts est de l'ordre de la dizaine de nanomètres, on ne
voit rien, mais on peut détecter indirectement les
sauts de la lignes. En effet, ceux-ci sont thermiquement activés. On
trouve alors que la vitesse moyenne V de la ligne obéit à ue loi de
type Arrhénius : V varie exponentiellement avec la force appliquée.
On
peut ainsi mesurer une longueur d'activation et une énergie
d'activation. La longueur d'activation est de l'ordre de la taille des
défauts et l'énergie d'activation varie comme l'hystérésis de
mouillage. Cela démontre que la dynamique de la ligne à basse vitesse
est contrôlée par le piégeage/dépiégeage de la ligne de contact sur les défauts du substrat.
Pour en savoir plus :
E. Rolley, C.
Guthmann, Hysteresis and dynamics of the
contact line between liquid hydrogen and cesium substrates, Phys. Rev. Lett. 98, 166105 (2007)
Quelle est la différence entre le bord d'une goutte macroscopique et le bord d'un film de van der Waals ? Démouillage d’H2
liquide sur un même substrat de Cs (échelle latérale de la rugosité : 20nm)
à
gauche : bord d’un film d’épaisseur 50 nm
(T = 18.155 K, Dm = 60 mK) - à droite : bord du
ménisque (T = 18.000 K)
largeur réelle des images : 2.5 mm
Le bord du film est visiblement beaucoup moins rigide que le ménisque
et il est plus sensible au désordre du substrat. Cependant, il n'est
pas rigoureusement un objet 1D à cause de l'épaisseur finie du film.
Pour en savoir plus : E. Rolley, C. Guthmann, M. Pettersen, Prewetting of liquid hydrogen on a rough
cesium substrate, Phys. Rev. Lett. 103, 016101 (2009) Tout
le monde a observé ce phénomène dans le fond de son évier : si le jet
sortant du robinet est suffisamment fort, il apparait une
discontinuitéde l'épaisseur de la nappe liquide, ou ressaut, à un
certain rayon R
J. Entre le point d'impact du jet et le
ressaut, la nappe est mince et l'écoulement rapide tandis qu'à
l'extérieur, la nappe est épaisse et l'écoulement lent.
Que se passe-t-il quand l'écoulement est superfluide, c'est à dire sans viscosité ?
Voici
ce qui arrive quand on envoie un jet d'hélium superfluide sur une
surface plane et qu'on baisse progressivement la température :
Il ne se passe
rien à la température de transition superfluide (
T
= 2.17 K) ! Cela illustre le fait qu'un écoulement d'hélium superfluide
est quand même dissipatif même si le mécanisme est différent de la
dissipation visqueuse d'un fluide ordinaire.
Plus exactement, le
rayon du ressaut ne change pas mais les oscillations capillaires dans
la région centrale se développent. Cela pourrait être la signature d'un
comprtement spécifique du superfluide...
Pour en savoir plus :
E. Rolley, M.S. Pettersen, C. Guthmann, Hydraulic jump and ripples in liquid
helium-4, Physica B 394, 46-55 (2007)