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We report an investigation of the equilibrium and dynamic properties of polyelectrolyte solutions confined between platinum surfaces with a dynamic Surface Force Apparatus. The polyelectrolyte adsorbs on the surfaces in a dense compact layer bearing a surface charge in good agreement with the theoretical predictions. The flow of the solution on this charged adsorbed layer is probed over four decades of spatial scales and one decade of frequency by dynamic measurements. At distances larger than the hundredth of nanometers, the flow of the viscoelastic solution is well described by a partial slip boundary condition. We show that the wall slip is quantitatively described by an interfacial friction coefficient, according to the original Navier's formulation, and not by a slip length. At smaller distance the partial slip model overestimates the solution mobility, and we observe the presence of a low viscosity layer coating the surfaces. The viscosity and thickness of this boundary layer are directly resolved, and found to be independent on shear-rate, frequency, and confinement. We discuss the thickness of the low viscosity layer in terms of the structural length of the semi-dilute solution and the Debye length screening the adsorbed layer charge., 11 pages, 11 figures

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International audience; Nanorhéomètre pour la mesure des propriétés mécaniques sans contact

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This work adresses the interplay between surface properties and the interfacial flowof simple liquids in the vicinity of solid surfaces. We have performed nanorheologyexperiments on various systems using a dynamic Surface Force Apparatus.Firstly, we have shown that the intrinsic boundary condition on smooth surfacesdepends on the wetting properties of the solid surfaces, but not on the liquid viscosity.We have also studied the boundary flow and interfacial friction of water on supportedphospholipid layers, which are surfaces of biological interest.Secondly, we have investigated the drainage flow of water-glycerol mixtures on superhydrophobicsurfaces. We have been able to detect and measure the elastic propertiesof such surfaces due to the entrapped bubbles. Finally, we have shown that, contrary toconventional notions, the presence of gas pockets on a liquid-solid interface can significantlyincrease the interfacial friction., Ce travail étudie l'influence des propriétés de surface sur l'écoulement limite de liquidessimples aux parois solides, à l'aide d'expériences de nanorhéologie réalisées avecune machine à forces de surfaces dynamique. Nous mettons d'abord en évidence l'influencedu mouillage sur la condition limite hydrodynamique intrinsèque s'appliquant surdes surfaces lisses à l'échelle nanométrique. Nous montrons en revanche que le glissementinterfacial ne dépend pas de la viscosité du liquide. Nous étudions ensuite l'écoulementlimite et la friction sur des interfaces complexes d'intérêt biologique solide/bicouche dephospholipides/eau. Enfin nous étudions l'écoulement de mélanges eau-glycérol sur dessurfaces texturées et superhydrophobes. Nous mesurons à distance les propriétés élastiquesde ces surfaces dues aux poches de gaz piégées. Nous montrons que contrairementà une idée répandue, ces poches de gaz ne sont pas toujours lubrifiantes et peuventaugmenter significativement la friction interfaciale.

This work concerns the influence of liquid bridges on macroscopical surfaces. It also deals withthe nucleation mechanism of this liquid bridge. The maximum stability angle in a granular material,also called avalanche angle of glass beads in a rotating drum, is modified if there is some cohesion betweenthe beads. We have studied: i) the slow evolution of the avalanche angle with the resting time of theheap. This is called the aging of the avalanche angle. We have shown that aging is not only influenced byhumidity but also by wear. The experiments indicate a smaller aging if the resting angle is far from theavalanche angle. ii) We also report aging of the apparent friction coefficient of glass beads in presence of anorganic vapour of ethanol. This increase of the adhesion between the beads can be related to an increaseof the wetted area due to capillary condensation. In order to interpret this dynamics, we have studied themetastability and the effects of nucleation of the capillary condensation. The energy barrier to condensea liquid bridge is much larger than the thermal energy of the system when the width of the pore tends tothe critical nucleation distance. We then have proposed a model of thermally activated nucleation betweenrough surfaces which explain our experiences on glass beads. We have built a new surface force apparatusto study the statical and dynamical interactions at the length scale imposed by capillary condensation, i.e. atnanometric level. First results in nanorheology of simple fluids in a confined geometry and of the influenceof the contact time and normal force on adhesion are reported., L'angle d?avalanche d'un tas de billes de verre dans un cylindre est modifié en présence deforces de cohésion. Nous nous sommes intéressés dans un premier temps à l'étude de l'évolution lente,ou «vieillissement», de l'angle d'avalanche avec l'âge du tas. Nous avons montré que l'augmentation logarithmiquedu coefficient de friction effectif entre les billes dépend de l'humidité de l'atmosphère, cequi peut être expliqué quantitativement par une augmentation progressive de la force d'adhésion due àla condensation de liquide entre les grains. Nous avons également mis en évidence d'autres paramètresinfluençant le vieillissement : usure, position du tas au repos ; et observé des effets de vieillissement enprésence d'éthanol. Nous avons étudié en détail la métastabilité et les effets de nucléation de la condensationcapillaire. Nous avons calculé l'énergie d'activation pour condenser un pont liquide entre deux surfacesparallèles parfaitement lisses. Cette énergie d'activation diverge quand la taille du confinement s'approchede la distance critique de nucléation. Ainsi, l'énergie d?activation est très souvent très supérieure à l'énergied'agitation thermique. Nous avons ensuite montré qu'il est possible de faire un modèle de condensationcapillaire thermiquement activé entre les rugosités des billes qui rend compte de la dépendance temporelledu vieillissement observé avec les billes de verre. Enfin, nous avons construit un appareil à forces de surfacequi permet d'étudier les interactions statiques et dynamiques entre les surfaces à l'échelle du rayon de Kelvin,c'est à dire à l'échelle du nanomètre. Après avoir décrit le principe et les performances de cet appareil,nous exposons des premiers résultats concernant la nanorhéologie de fluides simples en milieu confiné ainsique des mesures de la dépendance de la force d'adhésion entre des surfaces de verre par rapport à la forcenormale et au temps de contact.