Étudiante au doctorat en ingénierie, Saba Goharshenasmoghadam a effectué sa soutenance de thèse le mercredi 11 décembre. Sous la direction et codirection de recherche de Gelareh Momen et Reza Jafari et la direction de programme de Duygu Kocaefe, sa thèse avait pour titre «Investigation and Optimization of Effective Parameters in Fabrication of Novel Icephobic Coatings Containing Ionic Liquids».
Sous la présidence de Issouf Fofana (UQAC), le jury d’évaluation était composé de Yasar Kocaefe (UQAC) et de Véronic Landry (Université Laval).
Résumé de la thèse
La problématique du givrage pose différents défis dans divers industries, nécessitant un passage des surfaces anti-givre statiques passives aux technologies dynamiques anti-givre. Cette thèse de doctorat explore l’utilisation innovante des liquides ioniques (IL) et des solvants eutectiques profonds (DES) dans les surfaces dynamiques anti-givre, en réponse aux défis persistants et en repoussant les limites des solutions anti-givre actuelles.
La première phase de cette recherche explore en profondeur l’utilisation des liquides ioniques à température ambiante (RT-IL) dans les surfaces dynamiques pour les applications anti-givre. En incorporant des IL dans des revêtements à base de PDMS, l’étude établit une relation entre le comportement anti-givre et les propriétés physico-chimiques des IL. La chimie de surface des revêtements et la présence de groupes distinctifs des anions des IL à la surface des revêtements sont caractérisées par spectroscopie infrarouge à transformer de Fourier en réflexion totale atténuée (ATR-FTIR) et confirmées par spectroscopie photoélectronique X (XPS) et analyse par microscopie électronique à balayage avec analyse de dispersion en énergie des rayons X (SEM/EDX). La présence des molécules d’eau fortement liées par des liaisons hydrogène ioniques retarde significativement la nucléation de la glace en limitant la croissance de la glace en addition de la réduction la force d’adhésion de la glace, ce qui met en évidence le potentiel des IL dans les applications anti-givre. La formation d’une couche quasi-liquide auto-lubrifiante (QLL) à l’interface mène à réduire la force d’adhésion de 60% à 70% tel que confirmé par spectroscopie RMN à l’état solide. Ces résultats soulignent l’influence significative de modifications mineures de la structure chimique des IL sur leur potentiel pour les applications anti-givre.
La deuxième phase examine l’influence de l’hydrophobie de la matrice sur la mobilité des IL aux températures inférieures à zéro. Les tests de mouillabilité soulignent le rôle crucial de l’hydrophobicité des anions des IL, et la spectroscopie diélectrique distingue la mobilité ionique au sein des revêtements à basse température. L’effet de la variation de la densité de réticulation sur la mobilité ionique a été examiné en mesurant l’absorption d’eau. La mobilité accrue des ILs relargués de revêtements à des températures inférieures à zéro est confirmée par leur présence dans des solutions aqueuses puis validée par spectroscopie UV–vis, ce qui mène à une augmentation de la conductivité ionique. Les surfaces contenant des ILs montrent une réduction significative de la température de formation de la glace à -23,5 °C et une force d’adhésion de la glace extrêmement faible d’environ 15 kPa. La présence d’une couche de QLL à l’interface a confirmé par spectroscopie RMN à l’état solide. Les résultats soulignent l’importance de choisir la matrice et les IL appropriés pour des revêtements anti-givre efficaces.
La troisième phase se concentre sur l’utilisation des solvants eutectiques profonds (DES) comme analogues écologiques des IL avec des réseaux de liaisons hydrogène uniques. ii
Dans cette phase, des IL à base de choline avec des anions hydrophiles et hydrophobes ont été synthétisés puis leurs combinaisons synergiques avec des DES a été explorer. Le remplacement de l’éthylène glycol (EG) par le glycérol (GL) permet d’atteindre une température de formation de glace de -36 °C et une force d’adhésion de la glace de 10 kPa. La spectroscopie RMN à l’état solide confirme la présence d’une couche quasi-liquide plus épaisse sur la surface du revêtement, en améliorant la résistance à la formation de givre. Ces résultats soulignent la synergie prometteuse entre les DES et les IL pour une atténuation très efficace de la glace.
La dernière phase explore également les effets synergiques de matériaux glaciophobes sur l’amélioration les capacités anti-givre dynamiques des surfaces, en se concentrant sur le rôle hydrophobe des composants donneurs de liaisons hydrogène (HBD) dans les DESs. En se basant sur la troisième phase, un focus particulier est mis sur les DES à base de choline combinés avec des IL à base de choline synthétisés. Une caractérisation complète par ATR-FTIR, XPS et des mesures de mouillabilité révèle que le remplacement de l’éthylène glycol (EG) par le diol perfluoré (PFOL) augmente les sites de liaison hydrogène. Cela conduit à une température de formation de glace de -35 °C et une force d’adhésion de la glace de 13 kPa. De plus, la spectroscopie SS-NMR et ATR-FTIR à basse température confirment la présence d’une couche QLL à la surface, et une résistance accrue à l’accumulation de givre. L’effet plastifiant inhérent des IL et des DES augmente l’allongement à la rupture des revêtements modifiés, tandis que la résistance à la traction du revêtement à base de PFOL-DES reste inchangée par rapport à la référence. Cette phase démontre que la combinaison des DES et des IL, qui réagissent bien à la glace, surpasse leurs composants individuels, conduisant à des revêtements glaciophobes performants et durables.
Félicitations à Saba Goharshenasmoghadam pour la soutenance de sa thèse de doctorat!
