L'angle de conctat

La mesure de l'hydrophobie est basée sur le calcul de ce qui est appelé « l'angle de contact ». Nous allons ici donner des éléments qui permettent de définir le niveau d'hydrophobicité d'un matériau donné. Avant tout, il faut savoir comment calculer l'angle de contact entre une goutte et un solide. Young a ainsi défini en 1805 que le cosinus de cet angle dépend des tensions solide/vapeur, solide/liquide et liquide/vapeur par cette formule :

Si on pose une goutte d'eau sur un matériau et que l'angle de conctat est supérieur ou égal à 90°, ce matériau est hydrophobe

Si l'angle de contact est supérieur ou égal à 150°, alors le matériau est superhydrophobe.

Si l'angle de contact est inférieur à 90°, alors le matériau est considéré comme hydrophile.

On remarque que plus l'angle de contact est élevé, plus l'hydrophobicité d'un matériau est élevée.

La loi de Young définit donc une seule valeur d'angle de contact. Mais d'autres scientifiques ont montré que ce calcul d'angle à valeur unique pose problème car il existe pour chaque matériau toute une plage de valeurs comprises entre l'angle d'avancée et l'angle de reculée. L'écart entre ces valeurs est appelé hystérésis et est dû aux imperfections du solide. L'hystérésis est la cause de l'accrochage du liquide au solide.

Le modèle de Wenzel et celui de Cassie-Baxter permettent de calculer l'angle de contact entre un liquide et un matériau rugueux. Ils ont repris la méthode de calcul de Young mais ont montré que l'angle de contact peut être modifié par la rugosité d'une surface.

Le modèle de Wenzel admet qu'une goutte posée sur une surface rugueuse épousera la rugosité du matériau. Ainsi, si on appelle cosθ∗ le cosinus de l'angle de contact de la goutte sur un matériau rugueux, Wenzel considère que cosθ∗ = r cosθ où r est la rugosité et θ est le cosinus de l'angle de contact calculé à partir de la formule de Young

Le modèle de Cassie ou de Cassie-Baxter date de 1944 suppose, que les gouttes n'épousent pas les rugosités du matériau mais restent au sommet. Il y aura donc de l'air sous la goutte, entre les rugosités. Pour comprendre la formule de Cassie-Baxter il faut définir φs qui désigne la fraction de la surface sur laquelle est posée l'eau (surface posée sur le matériau/surface totale recouverte) et φair fraction d'interface avec l'air. On a donc, φs + φair = 1.

Selon le modèle de Cassie cosθ* = -1 + φS (cosθ + 1) où cosθ∗ définit toujours le cosinus de l'angle de contact qui prend en compte la rugosité et cosθ est le cosinus de l'angle de contact calculé à partir de la formule de Young. Cette formule est donc différente de celle de Wenzel. Mais comme dans le modèle de Wenzel, elle prend en compte l'augmentation de l'angle de contact pour un matériau à surface rugueuse dans le cas d'un matériau hydrophobe

• - L'état fakir qui correspond au modèle de Cassie-Baxter : il suppose que la goutte d'eau repose au sommet des aspérités du matériau
  - L'état empalé qui correspond au modèle de Wenzel : il suppose que la goutte épouse les aspérités du matériau, s'infiltre entre les rugosités