Interactions médiées dans la matière molle et tension de surface des fluides actifs.
Mediated interactions in soft matter and surface tension of active fluids
par Ruben ZAKINE sous la direction de Jean-Baptiste FOURNIER et de Frédéric VAN WIJLAND
Thèse de doctorat en Physique
ED 564 Physique en Île-de-France

Soutenue le vendredi 20 septembre 2019 à Université de Paris (2019-....)

Sujets
  • Formation des structures (sciences physiques)
  • Matière molle (physique)
  • Physique statistique
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Mots clés
Physique statistique, Matière molle, Formation de patterns, Matière active
Resumé
Cette thèse aborde deux thématiques chères à la matière molle, à savoir, l'apparition d'interaction médiées par le milieu entre objets de taille nanométrique ou micrométrique, et la notion de tension de surface dans les systèmes hors de l'équilibre. La première partie de cette thèse est consacrée à l'étude de systèmes dans lesquelles les interactions entre particules sont médiées par un champ fluctuant. Nous étudions dans un premier temps un système hors d'équilibre et nous montrons que l'existence d'interactions médiées associées à l'activité des particules qui place le système hors de l'équilibre conduit à la formation de structures complexes. Nos prédictions s'appuient sur des méthodes de mécanique statistique mais surtout sur des méthodes de dynamique non-linéaire utilisées pour prédire l'apparition de motifs dans les systèmes dans lesquels il existe une quantité conservée. Le seconde étude de cette partie est dédiée à l'explication des interactions émergentes observées expérimentalement dans des systèmes de particules colloidales insérées dans des phases lamellaires lyotropiques. En partant de la description microscopique des interactions entre particules et couches de surfactants, nous calculons de façon exacte la force effective qui émerge entre particules seulement. Ces résultats analytiques sont ensuite utilisés pour distinguer et identifier, parmi deux types possibles d'interactions entre lamelles et particules, lequel est observé dans notre système expérimental à l'étude. La seconde partie de cette thèse s'attache à identifier la notion de tension de surface dans les fluides actifs. Nous parvenons à proposer une définition de la tension de surface qui relie les forces macroscopiques aux forces microscopiques existant entre particules, ou entre particules et un mur confinant. Lorsque le fluide actif est en contact avec un mur, la tension de surface solide-fluide est en général d'une nature plus complexe que celle que l'on peut définir pour son analogue d'équilibre. Par ceci, nous entendons que la valeur mesurée de la tension de surface peut dépendre de la géométrie ou d'autres détails de l'appareil de mesure utilisé. Nous montrerons également que des appareils de mesure correctement choisis permettent d'accéder à une tension de surface intrinsèque au matériau(et non plus à la géométrie), caractéristique d'une variable d'état d'équilibre. Les séparations de phases de type liquide-vapeur peuvent être également rencontrées dans les assemblées de particules auto-propulsées, lorsque celles-ci sont sujettes à une séparation de phase induite par la motilité. Nous montrons alors que la tension de surface associée à l'interface liquide-vapeur possède une définition mécanique cohérente avec avec son interprétation d'équilibre.