Thèse soutenue

Vers une détermination sans contact des propriétés mécaniques de matière condensée molle avec AFM
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Auteur / Autrice : Erik Abegg
Direction : Elisabeth CharlaixJoël Chevrier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Nanophysique
Date : Soutenance le 06/11/2020
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (Grenoble)
Jury : Président / Présidente : Ahmad Bsiesy
Examinateurs / Examinatrices : Christian Fretigny, Georges Brémond
Rapporteurs / Rapporteuses : Alessandro Siria, Hubert Klein

Mots clés

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Résumé

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La détermination précise de l'élasticité en dessous de l'échelle microscopique par des mesures d'indentation sur des matériaux mous est difficile car elle dépasse les limites des modèles mécaniques de contact conventionnels. Les contributions d'énergie de surface dominent l'interaction et empêchent une détermination précise de l'élasticité en volume du matériau. Pour résoudre ce problème, une méthode de mesure sans contact dans un liquide a été développée sur le Surface Force Apparatus (SFA) permet une détermination absolue de l'élasticité sans contact solide-solide. Bien que réussie, le SFA présente des limites en termes d'épaisseur d'échantillons minces et de plage de fréquences en raison de la taille macroscopique de la sonde utilisée. Dans ce manuscrit, nous rendons compte de la mise en œuvre de la technique de mesure sans contact sur la plate-forme AFM (Atomic Force Micrsocope), où des sondes plus petites peuvent être utilisées et une gamme de fréquences plus large est disponible. L'excitation mécanique piézoacoustique conventionnelle de la sonde AFM s'est avérée insuffisante en milieu liquide et un schéma d'excitation capacitive a été développé pour résoudre ce problème. Pour implémenter et explorer ce nouveau schéma d'excitation, une configuration AFM “maison” a été reconstruite. Le potentiel de cet AFM est démontré en effectuant des mesures de référence sur un substrat rigide dans de l'huile pdms et de l'eau déionisée. Nous rendons également compte de l'étude des surfaces des brosses en polymère p-NIPAM à l'aide de AFM, où nous avons trouvé une interaction de pontage non signalée en dessous de la température de solution critique inférieure. Enfin, nous présentons de nouvelles mesures par AFM sur les argiles dites “quick clay”, constituant d’un type de sol sujet à des glissements de terrain impressionnants. Nous démontrons la capacité de l'AFM à étudier la microstructure de l'argile dans son état naturel saturé en eau et à explorer les propriétés mécaniques de l'argile à l'échelle micro et nanométrique. Ces résultats ouvrent la voie à l'AFM pour contribuer à répondre à des questions clés dans ce domaine de la géologie où les argiles sont des matériaux importants.