SURFACE PHÉNOMÈNES DE
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La surface d'un solide ou d'un liquide est une région s'étendant sur quelques distances atomiques qui sépare l'intérieur du matériau du milieu extérieur : en général, le vide ou un gaz. Si le milieu extérieur est une autre phase dense, liquide ou solide, on parle plutôt d'interface entre les deux milieux. Les propriétés physiques et chimiques, structurales et électroniques des surfaces diffèrent notablement de celles du matériau massique : elles évoluent plus ou moins rapidement vers celles du volume, lorsqu'on s'éloigne de la surface vers l'intérieur du matériau. La région frontière est le lieu de phénomènes spécifiques dont l'étude remonte au xixe siècle, lorsque Laplace introduisit la notion de tension superficielle. Il ouvrit alors la voie à un domaine de recherche dont l'importance reste considérable : mouillage, adhésion, lubrification... Plus récemment, vers la fin des années 1960, l'apparition de techniques permettant d'obtenir des vides poussés a donné à la recherche sur les phénomènes de surface un essor nouveau, dont les prolongements dans les domaines technologiques et industriels ont permis de découvrir des matériaux nouveaux, utilisés essentiellement dans l'industrie des semi-conducteurs et de la micro-électronique. C'est la nécessité d'obtenir un haut degré d'intégration pour la miniaturisation des matériels qui a donné aux phénomènes de surface leur rôle essentiel.
Tension superficielle
Définitions
Lorsqu'un système thermodynamique présente deux phases à l'équilibre (un liquide et une vapeur ou un solide et un liquide, par exemple), le paramètre d'ordre (la densité) prend une valeur bien définie dans chacune d'elles. Dans la région où les deux phases se rejoignent, ce paramètre varie continûment de l'une à l'autre. En général, cette variation se fait sur une distance ξ très courte (quelques distances interatomiques pour une interface solide-liquide). On peut définir une surface qui divise le système en deux phases : sa position est quelque peu arbitraire, mais l [...]
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Écrit par :
- Jean-François JOANNY : docteur ès sciences, chargé de recherche au C.N.R.S.
- Jean SUZANNE : docteur ès sciences, professeur de physique
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ADSORPTION
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AUGER PIERRE VICTOR (1899-1993)
Fils d'un universitaire — son père, Victor Auger, était professeur de chimie à la Sorbonne —, le physicien Pierre Auger sut faire succéder à une brillante carrière de chercheur une intense activité de direction scientifique et administrative dont les fruits sont aujourd'hui internationalement reconnus. Après de brillantes études à l'École normale supérieure, il rejoint le laboratoire de Jean Perri […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/pierre-victor-auger/#i_27394
CATALYSE - Généralités
Dans le chapitre « Catalyse hétérogène » : […] L' action d'un solide qui reste en apparence inaltéré sur la vitesse des réactions chimiques dans un gaz ou un liquide à son contact est restée longtemps inexplicable et hétérogène. C'est pourquoi la catalyse hétérogène, ou catalyse de contact, a été pendant longtemps traitée indépendamment de la catalyse homogène. L'ignorance de la nature physicochimique exacte d'un solide et de sa structure ajou […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/catalyse-generalites/#i_27394
CHIMIE - La chimie aujourd'hui
Dans le chapitre « Science des surfaces » : […] La chimie du solide, antichambre de la physique du solide, préparait des matériaux prometteurs pour leurs propriétés électriques (conduction, semiconduction), magnétiques, d'élasticité, de plasticité, etc. Ce rôle ancillaire lui vaut de perdurer davantage comme technologie que comme science. Est venue la remplacer une nouvelle science, celle des surfaces. Lesquelles ? Celles, les mieux définies, […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/chimie-la-chimie-aujourd-hui/#i_27394
COLLAGE, physique
Dans le chapitre « Le traitement de surface » : […] Les progrès dans la fiabilité des collages sont dus à la mise en œuvre de traitements de surface adaptés à chaque substrat. Le traitement de surface doit faciliter l'ancrage de l'adhésif et protéger la surface de la corrosion. Comme les conditions d'ancrage ne sont pas connues, le traitement de surface relève du savoir-faire. Les métaux ont des énergies de surface élevée, ce qui est déduit par le […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/collage-physique/#i_27394
CORROSION
Dans le chapitre « Processus de l'oxydation » : […] Lorsqu' un métal est placé dans une atmosphère gazeuse, il y a adsorption du gaz à la surface selon un mode qui varie avec les conditions : aux basses températures, il y a adsorption physique, caractérisée par la fixation d'oxygène moléculaire grâce aux forces de Van der Waals ; l'adsorption chimique, qui se produit aux températures intermédiaires et élevées, est caractérisée par la fixation d'at […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/corrosion/#i_27394
DÉTERGENTS
Dans le chapitre « Aspects physico-chimiques » : […] Les tensioactifs sont des molécules amphiphiles, constituées d'une queue hydrophobe et d'une tête polaire hydrophile. Cette structure chimique leur confère une grande activité aux interfaces où ils ont tendance à s'adsorber. À la surface, les molécules sont soumises à un champ de forces asymétrique dont la résultante tend à les déplacer vers l'intérieur. À l'échelle macroscopique, cette force a […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/detergents/#i_27394
ERTL GERHARD (1936- )
Chimiste allemand. Gerhard Ertl a reçu le prix Nobel de chimie en 2007 « pour ses études des processus chimiques sur des surfaces solides ». Né le 10 octobre 1936 à Bad Cannstadt (aujourd'hui dans Stuttgart), il commença des études de physique à Stuttgart en 1955. Sous la supervision de Hans Gerischer, il y accomplit un travail de diplôme (1961), puis une thèse de doctorat (1965) sur la cinétiqu […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/gerhard-ertl/#i_27394
FROTTEMENT
Le frottement désigne les phénomènes qui naissent dans les zones superficielles de deux corps appuyant l'un sur l'autre en se déplaçant l'un par rapport à l'autre . On dit de deux surfaces matérielles qu'elles « frottent correctement », dans une liaison mécanique, lorsque leur déplacement relatif n'entraîne ni usure exagérée ni modification des structures ou élévation de température dommageables. […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/frottement/#i_27394
INTERFACES
Dans le chapitre « Définition thermodynamique » : […] La définition thermodynamique de l'interface a été souvent sujette à controverses. J. W. Gibbs l'a considérée comme une surface de division sans épaisseur, une surface mathématique, alors que J. D. Van der Walls et H. Bakker lui ont attribué une épaisseur faible mais finie. E. A. Guggenheim a introduit le concept de « phase superficielle », traitant l'interface comme une phase plane séparant deux […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/interfaces/#i_27394
LOTUS EFFET, physique
Le lotus est une plante orientale dont les larges feuilles ont la propriété spectaculaire d'être très peu mouillées par l' eau. Que l'on jette une poignée de gouttes sur ces feuilles, et on verra autant de billes qui roulent sans la moindre friction apparente, et disparaissent très vite de la surface de la feuille. Et si c'est du miel que l'on dépose, son comportement est tout aussi remarquable : […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/effet-lotus-physique/#i_27394
MATIÈRE (physique) - État liquide
Dans le chapitre « La tension superficielle des liquides et la capillarité » : […] De nombreux phénomènes de la vie courante montrent qu'il faut dépenser de l'énergie pour augmenter la surface libre d'un liquide. On nomme tension superficielle le facteur de proportionnalité γ (tabl. 2) qui relie le travail dépensé à l'accroissement de la surface. Ainsi, c'est la tension superficielle qui fait que la goutte qui se forme à l'extrémité d'un compte-gouttes ne tombe que lorsqu'elle […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-physique-etat-liquide/#i_27394
MICROBIOLOGIE
Dans le chapitre « Biofilms » : […] Dans la nature, les biofilms sont des populations de micro-organismes intimement associées à des surfaces vivantes ou minérales par l'intermédiaire d'une substance muqueuse composée d'eau et de polymères biologiques (sucres, protéines, ADN, acides humiques). Ils sont présents partout : sur le tronc des arbres ou les galets du fond d'une rivière, mais aussi sur la coque des bateaux, à l'intérieur […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/microbiologie/#i_27394
MOUILLAGE
Une situation de mouillage se produit lorsque trois milieux distincts se rencontrent : de l'eau sur un solide entouré d'air, une bulle sur un matériau immergé, ou de l'huile contre de l'eau dans les pores d'une roche pétrolifère. Le comportement des gouttes peut être très varié, allant de situations où le liquide épouse la surface de son support à celles où il paraît au contraire repoussé par ell […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/mouillage/#i_27394
QUASI-CRISTAUX
Dans le chapitre « Propriétés physiques des quasi-cristaux » : […] Les études des propriétés physico-chimiques des quasi-cristaux ont pris un réel essor avec la fabrication de mono-quasi-cristaux de grande taille par des techniques de croissance cristallines standard (croissance de types Bridgman et Czochralsky). Des mono-quasi-cristaux icosaédriques de plusieurs centimètres ont été obtenus dans le système aluminium-palladium-manganèse. De même que leur structur […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/quasi-cristaux/#i_27394
VIDE TECHNIQUE DU
Dans le chapitre « Lois générales de l'état raréfié » : […] Lorsque N molécules de gaz parfait sont enfermées dans un réservoir de volume V , la pression p est donnée par l'équation d'état pV = NkT , avec p exprimé en pascals (Pa), V en mètres cubes (m 3 ) et […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/technique-du-vide/#i_27394
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Pour citer l’article
Jean-François JOANNY, Jean SUZANNE, « SURFACE PHÉNOMÈNES DE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 12 novembre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/phenomenes-de-surface/