Bilan de tensions de surface

Dans les domaines de la capillarité, du mouillage et de l'adhésion, le bilan des tensions de surface des milieux en présence donne une indication qualitative immédiate sur les tendances d'évolution. Ces bilans sont appelés coefficient d'étalement (ou paramètre d'étalement), et énergie de Dupré.

Mouillage : coefficient d'étalement

Dans le domaine du mouillage, pour déterminer si une quantité d'un liquide l posée sur un solide s a tendance soit à former une goutte, soit à s'étaler en film, il suffit de considérer le bilan des trois tensions superficielles pertinentes. Ce bilan s'exprime sous la forme du coefficient d'étalement S, défini par :

S = γ_sg − (γ_sl + γ_lg)

Il s'agit donc du bilan d'énergie lorsqu'on passe du solide sec (avec une seule interface solide-air) au solide recouvert de liquide (avec l'interface solide-liquide et l'interface liquide-air). Le signe du paramètre d'étalement détermine si le mouillage est total ou partiel.

Le coefficient d'étalement s'exprime, comme la tension superficielle, en J/m² ou en N/m.

Adhésion : énergie de Dupré

Dans le domaine de l'adhésion, l'énergie de Dupré constitue le bilan du gain d'énergie par unité de surface lorsque les surfaces en regard sont mises en contact. Ainsi, lorsqu'un solide 1 et un matériau adhésif 2 sont mis en contact, deux interfaces distinctes (celle de chaque matériau avec l'air) est remplacée par une seule interface. Lors de cette opération, l'énergie gagnée par unité de surface s'écrit :

E_Dupre = γ₁ + γ₂ − γ₁₂

où γ₁ est la tension superficielle du solide, γ₂ celle de l'adhésif, et γ₁₂ celle de la nouvelle interface entre le solide et l'adhésif.

L'énergie de Dupré s'exprime, comme la tension superficielle, en J/m² ou en N/m.