A Contact de 3 phases

On considère 3 phases en contact : 2 au moins d'entre elles sont condensées. L'objet du contact est, dans le cas général, une ligne appelée ligne triple ou ligne de contact triphasique.

1 Cas de trois phases fluides

Si on appelle $\vect{\gamma_{ij}}$ le vecteur de norme $\gamma_{ij}$ (la tension de surface entre $i$ et $j$), dirigé tangentiellement à l'interface $i$-$j$ et orthogonalement à la ligne triple, on a :

$$\boxed{\vect{\gamma_{12}} + \vect{\gamma_{23}} + \vect{\gamma_{31}} = \vec{0}}$$ (4.1)

Cette relation est appelée loi du triangle de Neumann.

Les caractéristiques géométriques autour de la ligne triple sont donc imposées. Par exemple, dans le cas d'une goutte d'huile posée à la surface de l'eau, tous les angles sont déterminés.

2 Cas où l'une des phases est solide

Considérons le cas d'un solide S, en contact avec un liquide L et un gaz V (les résultats sont également valables dans le cas où V est un autre liquide).

À l'équilibre, la somme des forces s'exerçant au niveau de la ligne triple s'annule. En projection sur le plan de la surface du solide, on peut donc écrire :

$$\boxed{\gamma_{SL} + \gamma_{LV} \cos\theta = \gamma_{SV}}$$ (4.2)

Cette relation s'appelle la loi d'Young ; elle fut découverte en 1856.

Dans la direction normale à la surface, la somme des forces de tension de surface n'est pas nulle. Le solide se déforme donc pour la compenser en exerçant une force de rappel élastique. Afin de rapidement calculer l'ordre de grandeur de cette déformation $b$, on procède à une analyse dimensionnelle. Le module d'Young $E$ du solide étant homogène à une pression, on peut écrire :

$$b \approx \frac{E}{\gamma}.$$ (4.3)

Pour des composés courants, $b$ est de l'ordre de $10^{-11}$ m, ce qui est inférieur à la taille atomique. Cette déformation est donc totalement négligeable, sauf pour certains gels très mous, sur lesquels la capillarité des liquides présente des propriétés particulières.