Lorsque l'on étudie la physique des interactions entre surfaces, on peut à juste titre se demander s'il est possible d'apporter encore quelque chose d'original, au XXIe siècle, bien après, entre autres, les travaux de Young, Laplace, van der Waals, Hamaker, Derjaguin, Landau, Verwey, Overbeek, Lifshitz, Cahn, de Gennes, Helfrich...<br /> En s'appuyant sur nos expériences originales de mouillage et de physique des colloïdes, nous nous efforçons de montrer que tous les concepts utiles pour comprendre les interactions entropiques ou de van der Waals entre surfaces inertes sont en place depuis plus de vingt ans. Nous montrons ensuite, à travers l'étude expérimentale du couple streptavidine-biotine, qu'en ce qui concerne les interactions spécifiques entre molécules biologiques reliées à des surfaces, il reste encore beaucoup à comprendre. Nous illustrons par ailleurs les limites de l'approche du physicien à travers l'étude expérimentale des interactions entre cadhérines, molécules biologiques directement impliquées dans l'adhésion cellulaire.<br />Enfin, nous présentons des études d'interactions entre surfaces d'objets en mouvement ainsi que deux projets de recherches concernant les liens entre les interactions entre surfaces colloïdales et la rhéophysique des colloïdes.

Les problèmes d'optimisation et de satisfaction de contraintes sur des ensembles de variables discrètes sont l'objet principal de la complexité algorithmique. Ces problèmes ont récemment bénéficié des outils et des concepts de la physique des systèmes désordonnés, à la fois théoriquement et algorithmiquement. En particulier, il a été suggéré que les difficultés pratiques soulevées par certaines instances dures de problèmes d'optimisation sont liées à la structure fragmentée de leur espace de solutions, qui rappelle une phase vitreuse. Parallèlement, les codes de correction d'erreur de pointe, qui peuvent être ramenés à des problèmes d'optimisation, reposent sur la séparabilité de leurs messages afin d'assurer une communication fiable. L'objet de cette thèse est d'explorer, dans un cadre commun, cette relation entre les propriétés d'inférence et l'organisation géométrique, dans les problèmes issus de la complexité algorithmique et de la théorie de l'information.<br /><br />Après une introduction physique des problèmes et des concepts liés aux domaines sus-évoqués, les méthodes de passage de messages, basées sur l'approximation de Bethe, sont introduites. Ces méthodes sont utiles d'un point de vue physique, car elle permettent d'étudier les propriétés thermodynamiques d'ensemble d'instances aléatoires. Elles sont également utiles pour l'inférence. L'analyse de spectres de distances est ensuite effectuée à l'aide de méthodes combinatoires et de passage de messages, et mises à profit afin de prouver et l'existence de la fragmentation dans les problèmes de satisfaction de contraintes, et d'en étudier les aspects importants.

Cette thèse aborde le comportement vitreux des systèmes athermiques à travers le cas des matériaux granulaires. Le dispositif expérimental consiste en un empilement horizontal bidimensionnel de 8000 cylindres métalliques, cisaillé cycliquement et de manière quasi-statique dans un cadre articulé, le mouvement des grains d'un cycle à l'autre étant enregistré. Par une étude détaillée des propriétés de diffusion des grains et une comparaison avec des études sur des systèmes thermiques modèles (colloïdes) et des simulations numériques, nous montrons d'abord que l'analogie entre matière granulaire au voisinage de la transition de jamming et systèmes vitreux trouve son origine à l'échelle de la particule. Nous nous intéressons ensuite au phénomène d'hétérogénéités dynamiques, responsable de la relaxation non exponentielle de ce type de système. Au-delà de la mesure de quantités importantes comme la taille ou le temps de vie typiques des hétérogénéités, que nous comparons à nouveau avec les systèmes vitreux thermiques, nous avons mesuré pour la première ois de manière directe sur des données expérimentales des fonctions de corrélation à 4 points. Le comportement e ces fonctions est confronté aux prédictions théoriques. Nous avons également étudié en détail la structure de l'empilement, du point de vue des défauts dans le nombre de voisins des particules. Ces défauts présentent ne structure et une dynamique hétérogènes. La recherche de corrélations possibles avec les hétérogénéités dynamiques a été menée. Enfin, nous proposons, parfois en nous appuyant sur des premiers essais expérimentaux, de futures pistes de recherche offertes par notre dispositif.

Ce travail expérimental cherche à mieux<br />caractériser, au moyen des techniques de diffusion de la lumière,<br />la dynamique de certains systèmes colloidaux qui montrent un<br />comportement rhéologique complexe. Il s'articule autour de deux<br />points: le rajeunissement et la formation des bandes de<br />cisaillement dans un système colloidal vitreux, et le<br />phenomène du jamming dans une suspension concentrée de particules<br />chargées. Dans une suspension de Laponite -système modèle pour les<br />colloides vitreux- la compétition entre le rajeunissement<br />du au cisaillement et le vieillissement a été étudié pendant<br />l'écoulement, alors qu'aprés l'arret de l'écoulement deux régimes<br />de vieillissement ont été observés. La localisation du<br />cisaillement a été mis en evidence à des taux faibles de<br />cisaillement global, en mesurant les profils de vitesse du fluide,<br />mesure qui en outre, par ses oscillations, a révélé un<br />comportement de stick-slip. D'autre part dans une suspension<br />concentrée de particules de silice dans le régime de jamming, nous<br />nous sommes interessés à la dynamique des structures induites par<br />l'écoulement et avons mis en évidence la présence de particules<br />plus lentes pendant le cisaillement, puis avons étudiés la<br />relaxation de la dynamique des particules après l'arret de<br />l'écoulement en fonction des contraintes appliquées.

Nous avons étudié les mécanismes qui sont à la base des phénomènes d'adhérence et d'autohésion des élastomères non réticulés.<br />Nous avons déterminé les mécanismes de formation et de rupture d'interfaces entre deux polymères identiques de masse moléculaire et microstructure contrôlées. Nous avons ainsi développé une méthode de mesure de l'adhérence adaptée aux polymères fondus.<br />En utilisant cette méthode, nous avons comparé les mesures d'adhérence entre polymères immiscibles à l'équilibre thermodynamique et l'épaisseur de l'interface caractérisée par réflectivité des neutrons. Nous avons montré clairement que le paramètre de Flory pilote le degré d'adhérence entre deux polymères fondus immiscibles.<br />Cette corrélation entre interdiffusion et adhésion nous a finalement permis d'étudier la cinétique de diffusion mutuelle de ces polymères à partir des cinétiques de montée en adhésion et de prouver expérimentalement que cette cinétique est fortement ralentie par l'immiscibilité des polymères.

Les solides amorphes présentent des propriétés mécaniques et vibrationelles particulières. Bien que ne possédant pas d'ordre à longue portée, ils exhibent une dureté plus élevée et un module de cisaillement plus faible que celui du cristal correspondant. De même, la réponse irréversible en cisaillement de ces matériaux se localise et met en évidence l'existence de bandes de cisaillement, contrairement à la réponse en terme de dislocations d'un cristal sous une telle déformation. D'autre part, la densité d'état des modes de vibrations, dans un matériau amorphe, fait apparaître un excès de modes dans la région du Térahertz par rapport à la prédiction continue de l'élasticité, nommé Pic Boson. Dans cette thèse, nous abordons ces différentes problématiques par l'utilisation des simulations de Dynamique Moléculaire sur des matériaux amorphes modèles. Nous montrons que les anomalies de densité d'états sont liées à l'existence d'un champ de réponse non-affine de nos matériaux à diverses sollicitations. Ce champ de déplacement exhibe des mouvements collectifs d'atomes, corrélés sur plusieurs distances interatomiques, longueur en-dessous de laquelle le désordre devient pertinent, et le spectre vibrationel du matériau ne peut être décrit par une théorie continue de l'élasticité. L'influence d'une telle longueur dans le régime de déformation plastique irréversible a alors été abordée par la mise en oeuvre d'un protocole athermique de déformation quasistatique. Celui-ci a montré que le régime d'écoulement plastique était spatialement hétérogène, avec deux types d'évènements plastiques: des réarrangements quadrupolaires localisés, ainsi que des bandes de cisaillements.

Les mécanismes régissant la formation de complexes constitués de chaînes polymères chargées (polyélectrolytes) et de protéines, rencontrés dans l'agro-alimentaire, la pharmacologie ou la biologie, mènent à des structures mal connues jusqu'ici. Nous les avons étudiées par Diffusion de Neutrons aux Petits Angles (DNPA), associée au marquage par deutériation du polymère et à la variation de contraste dans des mélanges eau lourde - eau légère. La protéine est le lysozyme (chargé positivement à pH < 11) et le polyélectrolyte le polystyrène sulfonate (PSS, toujours chargé négativement) ; le rapport des charges apportées<br />([-]/[+]) est un paramètre essentiel. Lorsqu'il est proche de 1, on obtient soit un gel de PSS réticulé par les protéines, qui contractent partiellement les chaînes de PSS, tout en les laissant en régime interpénétré (semi dilué), soit des globules denses (rayon ~10 nm) avec agrégation fractale à plus grande échelle lorsque, après contraction, les chaînes sont trop courtes et passent en régime désinterpénétré (dilué). Cette structure très bien définie a permis une étude fouillée: nous avons montré que le coeur des globules possède une charge nulle, que les espèces introduites en excès du point de vue électrostatique restent en solution, éventuellement dans des couronnes pour le PSS, et que leur taille finie est fixée par la force ionique. Une mesure spécifique de la localisation des contre-ions a prouvé qu'ils sont expulsés du coeur des complexes lors de leur formation. La conformation des chaînes au sein des complexes a été mesurée par marquage adapté. Enfin lorsque [-]/[+]>>1, un réseau transitoire fluide et limpide de protéines dénaturées par le PSS est obtenu.

Thesis (Ph. D.)--University of Missouri-Columbia, 1999. / Typescript. Vita. Includes bibliographical references (leaves 75-77). Also available on the Internet.

Thesis (Ph. D.)--University of Missouri-Columbia, 2000. / Typescript. Vita. Includes bibliographical references (leaf 104). Also available on the Internet.

Thesis (Ph. D.)--University of Missouri-Columbia, 2000. / Typescript. Vita. Includes bibliographical references (leaf 104). Also available on the Internet.