3 - Traitement de surface hydrophobe
3.1 - Surface hydrophobe :
Définition :
Une surface hydrophobe a tendance à repousser les
molécules d'eau. Ce caractère est l'opposé de celui
présenté par les surfaces hydrophiles (voir par exemple les
verres `autonettoyants' qui sont rendus `hyper-hydrophiles' grâce
à un dépôt d'oxyde de titane sous forme anatase).
Ainsi, une goutte d'eau à tendance à
s'étaler sur une surface hydrophile, alors qu'elle a tendance à
rester sous forme de gouttelette sphérique au contact d'une surface
hydrophobe comme indiqué sur la figure (26).
Figure 26. Étalement d'un liquide sur une surface.
a) sur une surface totalement hydrophobe : le liquide est
parfaitement non mouillant.
b) sur une surface totalement hydrophile : le liquide (l'eau)
est parfaitement mouillant. La nature nous donne des exemples de surfaces
hydrophobes comme cette feuille où l'eau reste sous forme de goutte sans
s'étaler (27) :
Figure 27. La surface de cette feuille est de nature
hydrophobe
La nature hydrophobe ou hydrophile d'une surface est
caractérisée par la valeur de l'angle de contact
è d'une goutte d'eau avec cette surface comme
indiqué sur la figure 4. Si cet angle è est
inférieur à 90°, il s'agit d'une surface hydrophile, tandis
que si cet angle est supérieur à 90°, il s'agit
d'une surface hydrophobe. Si l'angle de contact est
supérieur à 150°, la surface est qualifiée de
`super-hydrophobe.
Figure 28. Étalement d'une goutte d'eau sur une surface
hydrophobe ou hydrophile.
Une surface propre de verre est plutôt hydrophile :
l'eau au contact d'une vitre en verre a tendance à former des gouttes
qui s'étalent et adhérent au verre. Ceci pose un problème
car, d'une part la visibilité est réduite à travers la
vitre, et d'autre part des traces sont laissées sur la vitre
après séchage et évaporation. Si la nature
`super-hydrophile' apportée par un dépôt d'oxyde de titane
présente un intérêt dans le cas des vitrages
`autonettoyants', il peut être intéressant de rendre la surface du
verre hydrophobe.
3.2 - Réalisation de surfaces de verre
hydrophobes
Une surface peut être de nature hydrophobe et même
`super-hydrophobe' à cause de sa texture. C'est le cas de la surface des
feuilles de lotus. La nature hydrophobe et superhydrophobe peut aussi
être d'origine chimique. Nous traitons ici le cas des traitements
Hydrophobes d'origine chimique.
Une surface est hydrophobe si elle a tendance à
repousser les molécules d'eau plutôt que de les attirer. Les
molécules d'eau étant des molécules polaires, la surface
de nature hydrophobe doit être de nature non polaire. Les
molécules d'eau ont tendance à s'attirer entre elles alors
qu'elles sont peu attirées par le substrat. L'eau forme alors une
gouttelette qui ne s étale pas sur le substrat de nature hydrophobe.
Ainsi, pour que la surface d'un matériau soit rendue
hydrophobe, il faut déposer une couche de faible épaisseur d'un
matériau non polaire : typiquement des silanes fluorés. Un brevet
déposé par Saint-Gobain Vitrage (Courbevoie) décrit le
procédé (Brevet : United States Patent 5800918). Tout d'abord le
verre reçoit un premier dépôt appelé sous-couche. Ce
dépôt minéral pyrolytique à base d'oxydes (oxyde
d'aluminium, oxyde d'étain ...) de faible épaisseur (8 à
500 nanomètres, soit 0,008 à 0,500 millièmes de
millimètres) est transparent [7].
Enfin, un film très mince (1 à 5 nanomètres)
hydrophobe est déposé sur cette sous-couche : il s'agit d'un
fluorosilane La vitre en verre est ainsi rendue hydrophobe.
Si en outre la sous-couche est un oxyde dopé (oxyde
d'étain dopé au fluor ou oxyde d'indium dopé à
l'étain appelé ITO par exemple), alors le vitrage est hydrophobe,
antistatique et à faible émissivité.
De tels vitrages sont commercialisés pour le
bâtiment ainsi que pour les pare-brises automobiles. Dans ce cas, la
visibilité est très améliorée par temps de pluie
diluvienne (d'après documents Saint-Gobain) et on peut même
envisager d'éviter l'emploi d'essuie-glaces.
Si les vitrages sont déjà installés, il
est possible de les rendre hydrophobes en déposant un film par spray. De
tels produits sont commercialisés (exemple le produit de marque Rain-X),
essentiellement pour application sur pare-brises automobiles. La
durabilité n'est pas infinie, mais de plusieurs semaines. Là
encore, la surface rendue hydrophobe pourrait éviter l'utilisation
d'essuie- glaces, à condition que la vitesse du véhicule soit
suffisante (supérieure à 50 km/heure) pour chasser les
gouttelettes d'eau figure (29).
Figure 29. Gouttelettes d'eau sur un pare brise
ayant
reçu un traitement par spray hydrophobe
(selon un document
Rain-X).
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