3D Confocal Scanning Laser Microscopy to Quantify Contact Angles in Natural Oil-Water Mixtures

The contact angle of a liquid drop on a solid surface is one of the most simple, useful and sensitive parameters in the hydraulic sciences to quantify and to qualify the wettability and the surface energy of different materials. In this paper, a confocal scanning laser microscope (CSLM) has been used to quantify contact angle and then the wettability. This technique uses a laser scan and allows series of 2-D images of a fluorescent liquid droplet set on various solid surfaces to be recorded. The generation of 3-D images is carried out with the summation of several images acquired with a regular step along the CSLM z-axis. The results obtained are compared and discussed with those obtained with a conventional goniometric technique for different solid-liquid-air systems. CSLM results show that similar values are obtained with both methods. Thus, this technique shows that the length interval of sampling between the solid contact and the curvature rupture of the drop seems to be essential to correctly estimate the contact angles. This method allows the study of the local contact angle along the periphery of the drop, and the deformation of the drop shape. Construction of 3-D images shows that drops are characterized by complex morphologies and that the local contact angles can be modified by chemical heterogeneities in the fluids. La mesure de l'angle de contact est l'un des moyens les plus utilisés pour quantifier la mouillabilité et l'énergie de surface d'un matériau en contact avec un/ou plusieurs liquides. Ce travail présente une méthode basée sur le principe du microscope confocal à balayage laser pour mesurer l'angle de contact d'une goutte déposée sur une surface solide. Plusieurs systèmes solide-fluide1-fluide2 ont été étudiés. La méthode CSLM est basée sur l'acquisition d'une série d'images en 2D et suivant l'axe Z d'une goutte fluorescente. La reconstruction de l'image en 3D d'une goutte est obtenue par la somme des images 2D à différents niveaux Z de la surface solide. Les résultats obtenus sont comparés à ceux obtenus par goniométrie, méthode de mesure conventionnelle de l'angle de contact. Ces deux méthodes sont en accord pour les différents systèmes solide-liquide-air étudiés. La modélisation géométrique en 3D de la goutte, obtenue à partir des images CSLM, permet cependant d'étudier la distribution locale des angles de contact en périphérie des gouttes et de mieux détecter l'influence des hétérogénéités locales d'une surface solide sur la valeur