Rugosité

La rugosité est le degré d'irrégularité d'une surface solide. Le degré de rugosité affecte la mouillabilité d'un solide.

Données fondamentales

Les mesures de la rugosité d'un solide incluent :

  • Le coefficient de rugosité r’, qui indique le rapport entre la zone de surface réelle et la zone de surface projetée géométriquement.
  • La rugosité moyenne, qui indique la distance moyenne de la hauteur réelle de la surface à partir d'une ligne de hauteur moyenne virtuelle.

Rugosité et mouillabilité

Une rugosité élevée est accompagnée par une grande zone de surface, la rugosité a un effet sur la mouillabilité d'un solide et de l'angle de contact d'un liquide. Le principe suivant s'applique :

Si un liquide forme des angles de contact inférieurs à 90° sur un solide lisse, le solide est mouillable. L'angle de contact est plus petit sur une surface rugueuse du même matériau. L'effet est utilisé dans la méthode de la plaque de Wilhelmy, par exemple, dans lequel la plaque de platine est rendue rugueuse pour améliorer le mouillage. Selon Wenzel, le rapport suivant entre la rugosité et l'angle de contact s'applique à la zone en dessous 90° :

cosθ* = r'cosθ

θ* = Angle de contact mesuré ; θ = Angle de contact de Young ; r’ = Coefficient de rugosité ;

  • Si un liquide forme des angles de contact supérieurs à 90° sur un solide lisse, le solide n'est pas mouillable. L'angle de contact est plus grand sur une surface rugueuse du même matériau. Les surfaces ultrahydrophobes autonettoyantes (effet lotus) sont généralement produites en complétant la faible mouillabilité d'un matériau par une faible énergie de surface en fournissant une texture de surface rugueuse.
Basic states of wetting according to Wenzel and Cassie-Baxter

Basic states of wetting according to Wenzel and Cassie-Baxter

This wetting behavior is known as the lotus effect, as the lotus leaf is one of the least wettable non-technical surfaces. Extremely low wettability, also referred to as superhydrophobicity, occurs as a result of the rough surface texture of a material with low surface free energy. There are many industrial applications for superhydrophobic materials or coatings. Examples include protection against fouling and water as well as self-cleaning textiles and building walls.

Bibliography

R. N. Wenzel, Resistance of Solid Surfaces to Wetting by Water. In: Ind. Eng. Chem. 28, Nr. 8, 1936, S. 988–994
A.B. D. Cassie, S. Baxter, Wettability of Porous Surfaces. In: Trans. Faraday Soc. 40, 1944, S. 546–551