Effet Leslie chimique dans les monocouches de Langmuir et les films libres de smectique C chiraux

par Félix Bunel

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Patrick Oswald.

Soutenue le 22-07-2021

à Lyon , dans le cadre de École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon , en partenariat avec École normale supérieure de Lyon (2010-...) (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire de physique (Lyon) (laboratoire) .


  • Résumé

    Cette thèse porte sur l’effet Leslie chimique dans les films minces de cristaux liquides chiraux. Deux systèmes sont considérés : les monocouches de Langmuir où les molécules forment un nématique bidimensionnel et les films libres de smectique C*. Cet effet hors équilibre se manifeste par la mise en rotation des molécules chirales et l’apparition d’écoulements dans les couches lorsqu’elles sont traversées par un flux de molécules étrangères. Il est le résultat de deux termes de couplage chimio-mécanique et chimio-hydrodynamique, définis de manière rigoureuse dans ce manuscrit.Dans les monocouches de Langmuir, c’est le flux d’évaporation de l’eau de la sous-phase qui est le moteur de l’effet Leslie. Pour étudier ce système, nous avons développé de nouvelles techniques expérimentales permettant d’obtenir de larges domaines orientés où les molécules sont libres de tourner. À l’aide de six expériences indépendantes, nous avons ensuite réalisé la première mesure précise du coefficient de Leslie chimio-mécanique. À noter que dans les monocouches, les écoulements, et donc les effets chimio-hydrodynamiques, sont absents à cause de la viscosité de la sous-phase.Pour notre étude des films libres de smectique C*, l’effet Leslie est causé par un flux d’éthanol que nous contrôlons. Dans ces expériences, de forts écoulements se couplent à la rotation des molécules. Ces derniers dominent la dynamique du film lorsqu’une disinclinaison de rang +1 est située au centre du film, conduisant à un ensemble discret de solutions. Ces résultats sont expliqués théoriquement à l’aide de simulations numériques et les ordres de grandeur des deux coefficients chimio-mécanique et chimio-hydrodynamique sont donnés.

  • Titre traduit

    Chemical Leslie effect in Langmuir monolayers and free-standing films of chiral smectic C phases


  • Résumé

    This thesis is focused on the Leslie effect in thin films of chiral liquid crystals. Two systems are considered : Langmuir monolayers where the molecules form a bidimensional nematic, and free-standing films of smectic C*. This out-of-equilibrium effect couples a flux of foreign molecules with the rotation of the liquid crystal molecules. It also manifests itsef with flows in the layers. This effect is the result of two coupling coefficients -chemo-mechanical and chemo-hydrodynamical- which are rigorously defined in this work.In Langmuir monolayers, the Leslie effect is caused by the evaporation of the water molecules from the subphase. To study this system, we have developed new experimental techniques using an electric field and a humidifier to prepare large monodomains in which the molecules can freely rotate. We also designed six independent experiments to precisely measure the four material constants including the chemo-mechanical Leslie coefficient. Note that there are no flows -and thus no chemo-hydrodynamical effects- in monolayers because of the high viscosity of the subphase.For our study of free standing-films of smectic C*, we used a controled ethanol flux as the driving force of the Leslie effect.In these experiments, strong flows are observed in addition to the rotation of the molecules. These flows dominate the dynamics of the film when a disclination of strength +1 is located in the center of the film, which leads to a discrete set of solutions. These results are theoretically explained in the framework of the Leslie theory with numerical simulations and the orders of magnitude of both the chemo-mechanical and chemo-hydrodynamical Leslie coefficients are given.


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