Textures à la surface libre de cristaux liquides smectiques : étude en géométrie films librement suspendus et sur substrats structurés

Textures at the free surface of smectic liquid crystals : investigations in free standing films and on patterned solid substrates

• Auteur / Autrice : Mayada Selmi
• Direction : Philippe Cluzeau, Tahar Othman
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 03/07/2018
• Etablissement(s) : Bordeaux en cotutelle avec Université de Tunis. Faculté des sciences de Tunis
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche Paul Pascal (Pessac ; 1963-....)
• Jury : Président / Présidente : Khaled Raouadi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Khaled Raouadi, Emmanuelle Lacaze, Hafedh Ben Ouada, Olivier Mondain-Monval
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuelle Lacaze, Hafedh Ben Ouada

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microstructure (physique)

Composés thermotropes

Cristaux liquides

Mots clés libres

Cristal liquide

Phase smectique

Film librement suspendu

Ménisque

Substrat microstructuré

Topographie de surface

Interférométrie à décalage de phase

Défauts topologiques

Liquid crystals

Smectic phase

Free standing film

Meniscus

Patterned substrates

Surface topography

Phase shifting interferometry

Topological defects

Résumé

Ces travaux concernent l’étude expérimentale des textures se développant dans les ménisques de films smectiques de cristaux liquides thermotropes. Ces fluides complexes nous servent de système modèle pour l’étude des couplages élasto-capillaires qui se manifestent dans certaines conditions par des déformations périodiques de l’interface cristal liquide-air. Dans un premier temps, à partir de l’étude détaillée de la topographie de l’interface par une méthode interférométrique, nous caractérisons les différents types de structures, puis, identifions les principaux paramètres impliqués dans le processus d'apparition des défauts dans le ménisque de films libres suspendus. Ces résultats nous servent de base pour discuter des mécanismes physiques qui génèrent les différents types de défauts observés. Nous regardons en particulier, comment la diminution d’épaisseur de couche associée à une transition de phase va induire une instabilité mécanique responsable de l’apparition des ondulations de l’interface. Dans un deuxième temps, afin d’aller plus loin dans la compréhension des mécanismes, nous avons utilisé des films minces de cristaux liquides déposés sur des substrats solides microstructurés par des plots fabriqués par des techniques photolitographiques. Une telle géométrie permet de générer un ménisque autour de chaque plot et surtout de faire varier un plus grand nombre de paramètres comme par exemple l’ancrage sur le substrat via un traitement chimique de surface. L’ensemble de nos résultats apportent un éclairage nouveau sur la caractérisation et la compréhension des déformations spécifiques aux ménisques de fluides complexes.

The present work is an experimental study of the textures that appear in the meniscus of free standing smectic films with thermotropic liquid crystals. These complex fluids serve as model systems to investigate elasto-capillary phenomena which, under certain conditions, manifest themselves through periodic deformations of the liquid crystalair interface. In the first part of the thesis, we focus our attention on meniscus structures whose interfacial topographies are thoroughly characterized thanks to an in-house optical interferometry technique. Our study allows us to identify the main parameters involved in the development of meniscus structures and to discuss the physical mechanisms that are likely to be responsible for their formation. In particular, we show how a phase transition-induced layer shrinkage triggers a mechanical instability leading to interfacial undulations of the smectic free surface. In the second part of the manuscript, we address the case of thin liquid crystal films deposited on solid patterned solid substrates. The latter consist of regular arrays of microposts fabricated through photolithographic techniques. Such a geometry allows a meniscus to be formed around each micropost and makes it possible to examine the influence of other parameters such as the anchoring conditions on the solid substrate. The results gathered so far are able to shed some light on the characterization and the understanding of the specific deformations and textures that appear in the menisci of complex fluids.