Thèse soutenue

Polymères cristaux liquides biomimétiques reproduisant la carapace de scarabées du genre Chrysina : élaboration, structure et propriétés optiques

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Auteur / Autrice : Cécilia Boyon
Direction : Michel Mitov
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique de la Matière
Date : Soutenance le 24/11/2022
Etablissement(s) : Toulouse 3
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (Toulouse ; 1988-....)
Jury : Président / Présidente : Bernard Viguier
Examinateurs / Examinatrices : Emmanuelle Lacaze
Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Belamie, Jean-François Henninot

Mots clés

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Résumé

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Ayant une structure en hélice, les cristaux liquides cholestériques (CLCs) possèdent de nombreuses propriétés optiques, notamment la réflexion sélective de la lumière. Ils sont à l'origine des couleurs irisées de la cuticule (exosquelette) d'un grand nombre d'insectes, comme les scarabées du genre Chrysina. L'objectif de ce travail de thèse est d'élaborer par voie physique des films minces de CLCs afin de réaliser des répliques inédites de cuticules biologiques. La conception des répliques s'est effectuée à l'aide d'oligomères à base de cyclosiloxane. On a étudié la relation entre les voies d'élaboration, les propriétés optiques et la structure des matériaux, en associant des techniques de microscopie complémentaires et la spectroscopie. Dans un premier temps, la structure et les propriétés optiques des films minces élaborés imitent celles de la cuticule du scarabée Chrysina gloriosa. Deux versions de la réplique de cette cuticule ont été conçues : une version hybride avec des oligomères vitrifiables et réticulables et une version élastomère avec seulement des oligomères réticulables. Dans les deux versions, le matériau CLC final est une monocouche dont la structure, à gradient de pas de l'hélice, induit une réflexion du vert au proche infrarouge. De plus, le motif irisé de bandes vertes et argentées a été engendré par des changements d'ancrage moléculaire en surface. Dans un second temps, les films minces réalisés s'inspirent de la structure et des propriétés optiques de la cuticule du scarabée Chrysina aurigans. Ce sont des films élastomères réflecteurs sélectifs en longueur d'onde (du jaune doré au proche infrarouge), avec différents régimes de structures chirales-achirales sans interface. Ils nous ont inspiré la fabrication de capteurs temps-température afin d'enregistrer l'historique de la conservation d'un produit. La démarche employée lors de ce travail, appelée biomimétisme, repose sur la fabrication de matériaux ou de dispositifs imitant la nature pour répondre à différents enjeux. En effet, les matériaux inédits qui ont été réalisés pourraient trouver des utilisations pratiques en optique : communication optique, cryptographie visuelle, furtivité, guidage de véhicules autonomes, etc. Cette thèse est donc interdisciplinaire, aux interfaces entre physique de la matière molle, optique des milieux anisotropes, biologie et technologie de matériaux avancés pour l'optique.