Comprendre les énergies de surfaces

L’énergie de surface est une énergie « bonus » que possèdent les atomes en surface d’un matériau, car ils ont moins de voisins que ceux à l’intérieur. Cela influence fortement la forme et le comportement des objets, surtout à petite échelle, et aide à expliquer et prédire le comportement des matériaux dans diverses situations.

L’énergie de surface est une bonne mesure de la facilité ou de la difficulté qu’un matériau a à adhérer à une surface. Pour bien comprendre cette dernière, une notion est très importante : le mouillage.

Le « mouillage » se produit lorsqu’un liquide s’étale sur la surface d’un solide. Il permet à la colle d’entrer en contact étroit avec le matériau à coller. Selon l’énergie de surface du matériau, la colle peut s’étaler naturellement ou former des gouttes. Un bon mouillage est essentiel pour un collage efficace.

Lorsque l’on dépose une goutte de liquide sur une surface, la façon dont elle s’étale dépend de l’énergie de surface du liquide et de la surface solide.

À titre d’exemple, l’eau forme des gouttes sur une feuille de lotus (qui a une faible énergie de surface), mais s’étale sur du verre propre (qui a une énergie de surface plus élevée).

La facilité avec laquelle une colle mouille la surface d’un matériau dépend donc de l’énergie de surface de ce matériau, mesurée en unités d’énergie par surface. À présent, voyons comment se mesure l’énergie de surface.

L’énergie de surface d’un matériau est mesurée en unités d’énergie par surface, comme le dyne (1 dyne/cm = 1 mJ/m²).

L’énergie de surface est souvent mesurée avec de l’eau. Lorsqu’une goutte d’eau est déposée sur une surface, elle perle plus ou moins selon l’énergie de surface. Si l’énergie de surface est nulle, la goutte sera une sphère parfaite. Si elle est infiniment élevée, la goutte formera un film uniforme. Entre ces extrêmes, on peut mesurer l’angle au bord de la goutte : 0° pour un film et 180° pour une sphère parfaite.