Question d'origine :
Bonjour! J aimerai savoir qu est ce qui fait que certains matériaux sont étanches et d autres non?
Bonne journée et merci beaucoup
Réponse du Guichet
gds_ctp
- Département : Equipe du Guichet du Savoir
Le 23/11/2015 à 12h55
Bonjour,
Le site Futura-sciences donne quelques éléments pour comprendre le mécanisme d’étanchéité :
« Rôle de l'étanchéité
Dans le domaine physique, il s'agit bien souvent de la protection contre une fuite de gaz ou d'eau. Dans la construction, l'étanchéité a pour but d'empêcher tout élément extérieur non désiré (pluie, vent...) d'entrer dans le bâtiment ou de mettre en danger sa construction même. Il s'agit donc d'éviter toute dégradation naturelle provoquée notamment par les intempéries.
Comment assurer l'étanchéité ?
L'installation d'une VMC (ventilation mécanique contrôlée) se charge par exemple de renouveler l'air automatiquement. La VMC est étanche lorsqu'elle prend en charge intégralement l'air intérieur. L'étancheur est le professionnel de ce domaine : il est chargé de mettre en place toutes les mesures d'étanchéité d'une habitation ou d'une construction, et de vérifier le cas échéant sa bonne mise en place et son bon fonctionnement. La vérification des joints sur les câbles d'acheminement de l'eau et du gaz est souvent le point essentiel. »
Il faut donc déterminer quel type d’étanchéité vous intéresse. Les matériaux et les techniques utilisées pour les rendre étanches dépendent de l’élément contre lequel vous souhaitez vous protéger. Les techniques ne seront pas les mêmes qu’il s’agisse d’une étanchéité à l’eau ou à l’air ou au gaz.
Nous avons supposé que vous évoquiez les matériaux étanches naturellement à l’eau. Dans ce cas, on parle de matériaux hydrophobes.
Le site Futura-sciences définit cette propriété :
« En chimie et en physique, une substance est dite hydrophobe (« qui n'aime pas l'eau ») quand elle repousse l'eau ou est repoussée par l'eau. On parle aussi de groupement hydrophobe pour la partie d'une molécule qui se comporte de la même façon. Les produits hydrophobes sont souvent lipophiles (solubles dans les corps gras), mais insolubles dans l'eau.
L'huile et la cire sont hydrophobes. »
Le site Mémoireonline détaille le fonctionnement de ce caractère :
« Une surface hydrophobe a tendance à repousser les molécules d'eau. Ce caractère est l'opposé de celui présenté par les surfaces hydrophiles.
Ainsi, une goutte d'eau à tendance à s'étaler sur une surface hydrophile, alors qu'elle a tendance à rester sous forme de gouttelette sphérique au contact d'une surface hydrophobe comme indiqué sur la figure.
a) sur une surface totalement hydrophobe : le liquide est parfaitement non mouillant.
b) sur une surface totalement hydrophile : le liquide (l'eau) est parfaitement mouillant. La nature nous donne des exemples de surfaces hydrophobes comme cette feuille où l'eau reste sous forme de goutte sans s'étaler.
La nature hydrophobe ou hydrophile d'une surface est caractérisée par la valeur de l'angle de contact è d'une goutte d'eau avec cette surface comme indiqué sur la figure 4. Si cet angle è est inférieur à 90°, il s'agit d'une surface hydrophile, tandis que si cet angle est supérieur à 90°, il s'agit d'une surface hydrophobe. Si l'angle de contact est supérieur à 150°, la surface est qualifiée de `super-hydrophobe. »
Ces matériaux repoussent donc l’eau car ils n’ont pas la capacité de créer des liaisons hydrogène avec les molécules d'eau comme le précise l’article Wikipédia :
« Un composé hydrophobe, n'a pas la capacité de créer des liaisons hydrogène avec les molécules d'eau. Il est aussi souvent apolaire, ou de faible polarité, ce qui signifie qu'il ne peut pas faire d'interactions électrostatiques avec l'eau, de type dipôle permanent/dipôle permanent (forces de Keesom) (l'eau étant très polaire, elle cherche à interagir avec des molécules polaires).
En effet, la solubilité d'un composé dans un solvant dépend de manière générale des interactions qu'il peut avoir avec le solvant. Un composé hydrophobe est donc un composé qui ne peut pas interagir physiquement avec l'eau. Il est alors généralement plutôt soluble dans les solvants organiques, comme l'acétone, les hydrocarbures légers, avec lesquels il peut faire des interactions de Van der Waals de type dipôle induit/dipôle induit (forces de London). C'est une caractéristique de beaucoup de plastiques, qui sont imperméables à l'eau mais détruits par d'autres solvants.
Il a été démontré, grâce à l'analyse d'une interface hydrophile-hydrophobe soumise à un rayonnement synchrotron, que celle-ci est en fait constituée d'un vide de 0,1 à 0,5 nanomètres d'épaisseur.
Les produits hydrophobes sont souvent lipophiles (solubles dans les corps gras), mais insolubles dans l'eau. »
Pour en savoir plus, vous pouvez consulter le document du CNRS Les surfaces super-hydrophobes ou l’article du site Biomimesis, Biomimétisme: le matériau le plus étanche jamais réalisé!.
Pour finir, nous vous proposons quelques articles sur le sujet :
- Des matériaux hydrophobes plus forts que la feuille de lotus sur Futura-sciences.
- Un métal super-hydrophobe sur Pour la science.
- Les matériaux hydrophobes sur France Culture, une émission à réécouter en ligne.
Bonne journée.
Le site Futura-sciences donne quelques éléments pour comprendre le mécanisme d’étanchéité :
« Rôle de l'étanchéité
Dans le domaine physique, il s'agit bien souvent de la protection contre une fuite de gaz ou d'eau. Dans la construction, l'étanchéité a pour but d'empêcher tout élément extérieur non désiré (pluie, vent...) d'entrer dans le bâtiment ou de mettre en danger sa construction même. Il s'agit donc d'éviter toute dégradation naturelle provoquée notamment par les intempéries.
Comment assurer l'étanchéité ?
L'installation d'une VMC (ventilation mécanique contrôlée) se charge par exemple de renouveler l'air automatiquement. La VMC est étanche lorsqu'elle prend en charge intégralement l'air intérieur. L'étancheur est le professionnel de ce domaine : il est chargé de mettre en place toutes les mesures d'étanchéité d'une habitation ou d'une construction, et de vérifier le cas échéant sa bonne mise en place et son bon fonctionnement. La vérification des joints sur les câbles d'acheminement de l'eau et du gaz est souvent le point essentiel. »
Il faut donc déterminer quel type d’étanchéité vous intéresse. Les matériaux et les techniques utilisées pour les rendre étanches dépendent de l’élément contre lequel vous souhaitez vous protéger. Les techniques ne seront pas les mêmes qu’il s’agisse d’une étanchéité à l’eau ou à l’air ou au gaz.
Nous avons supposé que vous évoquiez les matériaux étanches naturellement à l’eau. Dans ce cas, on parle de matériaux hydrophobes.
Le site Futura-sciences définit cette propriété :
« En chimie et en physique, une substance est dite hydrophobe (« qui n'aime pas l'eau ») quand elle repousse l'eau ou est repoussée par l'eau. On parle aussi de groupement hydrophobe pour la partie d'une molécule qui se comporte de la même façon. Les produits hydrophobes sont souvent lipophiles (solubles dans les corps gras), mais insolubles dans l'eau.
L'huile et la cire sont hydrophobes. »
Le site Mémoireonline détaille le fonctionnement de ce caractère :
« Une surface hydrophobe a tendance à repousser les molécules d'eau. Ce caractère est l'opposé de celui présenté par les surfaces hydrophiles.
Ainsi, une goutte d'eau à tendance à s'étaler sur une surface hydrophile, alors qu'elle a tendance à rester sous forme de gouttelette sphérique au contact d'une surface hydrophobe comme indiqué sur la figure.
a) sur une surface totalement hydrophobe : le liquide est parfaitement non mouillant.
b) sur une surface totalement hydrophile : le liquide (l'eau) est parfaitement mouillant. La nature nous donne des exemples de surfaces hydrophobes comme cette feuille où l'eau reste sous forme de goutte sans s'étaler.
La nature hydrophobe ou hydrophile d'une surface est caractérisée par la valeur de l'angle de contact è d'une goutte d'eau avec cette surface comme indiqué sur la figure 4. Si cet angle è est inférieur à 90°, il s'agit d'une surface hydrophile, tandis que si cet angle est supérieur à 90°, il s'agit d'une surface hydrophobe. Si l'angle de contact est supérieur à 150°, la surface est qualifiée de `super-hydrophobe. »
Ces matériaux repoussent donc l’eau car ils n’ont pas la capacité de créer des liaisons hydrogène avec les molécules d'eau comme le précise l’article Wikipédia :
« Un composé hydrophobe, n'a pas la capacité de créer des liaisons hydrogène avec les molécules d'eau. Il est aussi souvent apolaire, ou de faible polarité, ce qui signifie qu'il ne peut pas faire d'interactions électrostatiques avec l'eau, de type dipôle permanent/dipôle permanent (forces de Keesom) (l'eau étant très polaire, elle cherche à interagir avec des molécules polaires).
En effet, la solubilité d'un composé dans un solvant dépend de manière générale des interactions qu'il peut avoir avec le solvant. Un composé hydrophobe est donc un composé qui ne peut pas interagir physiquement avec l'eau. Il est alors généralement plutôt soluble dans les solvants organiques, comme l'acétone, les hydrocarbures légers, avec lesquels il peut faire des interactions de Van der Waals de type dipôle induit/dipôle induit (forces de London). C'est une caractéristique de beaucoup de plastiques, qui sont imperméables à l'eau mais détruits par d'autres solvants.
Il a été démontré, grâce à l'analyse d'une interface hydrophile-hydrophobe soumise à un rayonnement synchrotron, que celle-ci est en fait constituée d'un vide de 0,1 à 0,5 nanomètres d'épaisseur.
Les produits hydrophobes sont souvent lipophiles (solubles dans les corps gras), mais insolubles dans l'eau. »
Pour en savoir plus, vous pouvez consulter le document du CNRS Les surfaces super-hydrophobes ou l’article du site Biomimesis, Biomimétisme: le matériau le plus étanche jamais réalisé!.
Pour finir, nous vous proposons quelques articles sur le sujet :
- Des matériaux hydrophobes plus forts que la feuille de lotus sur Futura-sciences.
- Un métal super-hydrophobe sur Pour la science.
- Les matériaux hydrophobes sur France Culture, une émission à réécouter en ligne.
Bonne journée.
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