Nous étudions le drainage des mousses de suspension granulaire. Nos paramètres de contrôle sont : la fraction en gaz, la taille des bulles, celle des particules et la fraction volumique de celles-ci dans la phase interstitielle. En premier lieu, nous mesurons la proportion de liquide et de particules retenus dans le réseau de la mousse en fonction des paramètres cités précédemment. Ces mesures réalisées une fois le drainage terminé apportent des éléments de compréhension indispensables à la description des vitesses de drainage. Nous montrons également que certaines combinaisons de nos paramètres d'étude conduisent au blocage du système gaz, liquide, solide. Dans un second temps, nous avons identifié différents régimes de cinétique de drainage, nous montrons qu'ils sont contrôlés par deux paramètres : (i) le rapport lambda de la taille des particules et de la taille des constrictions du réseau, (ii) la fraction en particules dans la phase interstitielle phi. Le point clé pour comprendre ces régimes est le piégeage des particules dans la mousse qui peut avoir deux origines : (i) par piégeage collectif (jamming) qui peut survenir pour des fractions étonnamment basses à cause de la géométrie du réseau interstitiel, (ii) la capture individuelle des particules par la mousse lorsque leur taille devient supérieure à celle des constrictions du réseau interstitiel. Des particules encore plus grosses sont exclues du réseau et participent à une remontée de la vitesse de drainage, faisant apparaître un minimum pour le régime correspondant à la capture individuelle. La fraction granulaire de la phase interstitielle est aussi essentielle, le drainage pouvant être stoppé pour des fractions suffisamment élevées lorsque lambda est judicieusement choisi. Ce travail propose des pistes prometteuses pour la stabilité des matériaux triphasiques / We study the drainage of granular suspensions foams. Our control parameters are the gas fraction, the bubble size, the particles size and the interstitial particle fraction. First, we measure the proportion of liquid and particles retained in the foam network as function of the above mentioned parameters. These measurements are performed when the drainage is over, they are essential for the description of drainage velocity. We show that certain combinations of our study parameters lead to the jamming of the three-phase system : gas, liquid, solid. Secondly, we highlight different regimes of drainage velocity, we show that is controlled by two parameters : (i) lambda, the ratio of the particle size and constriction size, (ii) the fraction of particles in the interstitial network : phi. The key to understand these regimes is the trapping of particles in the foam : (i) the jamming, which may occur for surprisingly low fractions due to the geometry of the pore network, (ii) the particles captured by the foam network when they become larger than the constrictions network. Finally, larger particles excluded from the network increase the drainage velocity, as a consequence the minimum for the velocity corresponds to the individual capture. The granular fraction of the suspension in the foam network is the other key parameter. Especially, the drainage can be stopped for sufficiently high fractions for certain values of lambda. This work offers promising outlook for the stability of three-phase materials

La compréhension du mécanisme de la formation du verre est l'un des importants problèmes ouverts en recherche sur la matière condensée. De nombreuses questions restent sans réponse, en raison d'une énorme augmentation des temps de relaxation pendant le processus de refroidissement qui ne permet pas l'exploration des propriétés d'équilibre des liquides surfondus à très basses températures. Les simulations numériques des liquides surfondus sont actuellement en mesure d'atteindre l'équilibre à des températures comparables à la température du crossover de la théorie de couplages de modes, qui est bien supérieure à la température de transition vitreuse expérimentale. En conséquence, les simulations plus lentes que les expériences pour équilibrer un liquide surfondu par un facteur d'environ huit ordres de grandeur. Les progrès réalisés pour combler cet écart ont été lents et résultent essentiellement d'améliorations de l'architecture des ordinateurs. Dans cette thèse, nous résolvons en partie le problème de la thermalisation à basse température de liquides surfondus dans des simulations numériques. Nous combinons l'utilisation d'un algorithme Monte Carlo, connu sous le nom d'algorithme de swap, avec la conception de nouveaux modèles de formateurs de verre. Nous examinons systématiquement des nombreux systèmes, à la fois des mélanges discrets de particules, ainsi que des systèmes a polydispersité continue. Nous discutons le rôle que la polydispersité et la forme du potentiel entre particules jouent pour éviter la cristallisation et parvenir efficacement à des régimes de température inexplorés. De plus, nous étudions les processus dynamiques à l’œuvre pendant une simulation de swap Monte Carlo. Nous démontrons que, dans certains cas, notre technique permet de produire des configurations équilibrées à des températures inaccessibles même dans des expériences. Dans ce régime de température complètement nouveau, nous examinons plusieurs questions ouvertes concernant la physique de la transition vitreuse. Nous montrons qu'un fluide de sphères dures peut être équilibré jusqu'à la densité critique du jamming, et même au-delà. Nous mesurons l'entropie configurationelle dans un liquide refroidi à très basse température. Nous mettons en évidence une forte dépendance dimensionnelle, qui suggère l'existence d'une transition vitreuse idéale à une température finie en trois dimensions et à son absence en deux dimensions. Nous détectons l'augmentation de l'ordre amorphe quantifié par une longueur statique point-to-set pendant la formation du verre. Nous mesurons les exposants critiques introduits dans la théorie de champ moyen des verres beaucoup plus proche de la température critique prédite dans la théorie. Enfin, nous révélons l'absence de transition géométrique caractérisant le paysage d’énergie potentiel au travers de la température du crossover de la théorie de couplages de modes.Les modèles et les algorithmes développés dans cette thèse déplacent les études des liquides surfoundus vers un territoire entièrement nouveau, en réduisant l'écart entre la théorie et les expériences, ce qui nous amène plus proche de la solution du problème de la transition vitreuse. / Understanding the mechanisms that lead to glass formation is one of the open problems for the condensed matter research. Numerous questions remain unanswered, because the tremendous increase of relaxation times during the cooling process prevents the exploration of equilibrium properties of supercooled liquids at very low temperature. Computer simulations of glass-forming liquids are nowadays able to reach equilibrium at temperatures comparable to the Mode-Coupling crossover temperature, which is well above the experimental glass transition temperature. As a consequence, simulations lag eight orders of magnitude behind experiments in terms of equilibration times. Progress to close this gap has been slow, and stems mostly from hardware improvements.In this thesis we make an important step to close this gap. We combine the use of a Monte Carlo algorithm, known as the swap algorithm, with the design of novel glass-forming models. We systematically test numerous models using both discrete mixtures and polydisperse systems. We discuss the role that polydispersity and particle softness play in avoiding crystallization and in efficiently reaching previously unexplored regimes. We study the dynamical processes taking place during swap Monte Carlo simulations. We demonstrate that in some cases our technique is able to produce thermalized configurations at temperatures inaccessible even by experiments.In this newly accessible regime, we investigate some open questions concerning the glass transition. We show that a hard sphere fluid can be equilibrated at, and even beyond, the jamming packing fraction. We measure the configurational entropy in extremely supercooled liquid, finding a strong dimensional dependence that supports, on the one hand, the existence of an ideal glass transition at a finite temperature in three dimensions and, on the other hand, its absence in two dimensions. We detect the increase of amorphous order quantified through a static point-to-set length throughout the glass formation. We measure the critical exponents introduced in the mean-field theory of glasses much closer to the supposed ideal glass transition. Finally, we reveal the absence of a sharp geometric transition in the potential energy landscape across the Mode-Coupling crossover.The models and the algorithms developed in this thesis shift the computational studies of glass-forming liquids to an entirely new territory, which should help to close the gap between theory and experiments, and get us closer to solve the long-standing problem of the glass transition.

This thesis examines the electro-optic, electric and electrochemical properties of liquid crystal (LC) materials in self-assembly systems, that is, liquid crystal-polymer electrolyte composites (LC-PEs), LC binary mixtures, and their potential application in dye-sensitised solar cells (DSSCs). The birefringence of LCs causes light modulation, which can be controlled by an applied voltage and electric field. In particular, the LCs are used as one of the components for the electrolyte redox couple which is responsible for charge transfer mechanism in DSSCs. In this work, LC-PEs were developed by dissolving LCs in polymer electrolytes; using a homologous series of cyanobiphenyls in a range of concentrations, alkyl chain lengths and dielectric permittivities. We found that doping the polymer electrolyte with 15% 4'-cyano-4'-pentylbiphenyl (5CB) improved ionic conductivity by up to 13 % compared to pure polymer electrolyte. Materials with positive dielectric permittivity and shorter alkyl chain length have been identified to be compatible with iodide/triiodide (I^-/I_3^-)-based polymer electrolytes. In DSSCs, 15% 5CB and 15% E7 LC-PEs exhibited the best efficiencies of 3.6 % and 4.0 %, respectively. In addition to LC-PEs, the self-assembly properties of smectic phase LCs were also utilised as templates for controlling the polymer structure in polymer electrolytes. A porous polymer network was prepared using various techniques including self-assembly, by applying an electric field and using a polyimide (PI) alignment layer. We found that the electrochemical and photovoltaic properties of these materials strongly correlated to the morphology/structure with the self-assembled structure, thus showing the best photovoltaic performance (5.9 %) even when compared with a reference solar cell (4.97 %). Finally, this thesis explores the interaction of LCs with graphene (Gr) in DSSC device architectures. Gr-based DSSCs were fabricated using different processing conditions, with the result being that Gr improved the performance of the DSSCs. The highest efficiency obtained was 5.48 % compared to the 4.86 % of a reference DSSC. The incorporation of LC-PEs in Gr-based DSSCs improved the performance of DSSCs was observed in devices with low concentrations of LCs due to the Gr inducing planar alignment of LCs. These results suggest a new strategy to improve DSSC efficiency by incorporating LC materials in the polymer electrolyte component. Even though these LCs are highly insulating, their self-assembly and dielectric polarisability help enhance ionic conductivity and optical scattering when doped into polymer electrolytes. This work can be extended in a fundamental way to elucidate the ionic conduction mechanism of LC-based electrolyte systems. Furthermore, it would be interesting if the benefits of using LC-PEs and smectic-templated polymer electrolytes (Sm-Pes) can be translated further in commercial electrochemical energy conversion systems.

The recent development of a framework called non-affine lattice dynamics made it possible to calculate the elastic moduli of disordered systems directly from their microscopic structure and potential energy landscape at zero temperature. In this thesis different types of disordered systems were studied using this framework. By comparing the shear modulus and vibrational properties of nearest neighbour spring networks based on depleted lattices we were able to show that the dominating quantity of the system’s non-affine reorganisation during shear deformation is the affine force field. Furthermore we found that different implementation of disorder lead to the same behaviour at the isostatic point. Later we studied the effect of long range interaction in such depleted lattices with regard to spatial correlation local elasticity. We found that the implementation of long springs with decaying spring constant reproduced the spatial correlation observed in simulations of Lennard-Jones glasses. Finally we looked at simple freely rotating polymer model chains by extending the framework to angular forces and studied the dependence of the shear modulus and the vibrational density of states (VDOS) and length and bending stiffness of the chains. We found that the effect of chain length on the shear modulus and the vibrational density of states diminishes as it depends on the number of backbone bonds in the system. This number increases fast for short chains as many new backbone bonds are introduced but slows down significantly when the chain length reaches 50 monomers per chain. For the dependence on the bending stiffness we found a rich phenomenology that can be understood by looking at specific motions of the monomers relative the the chain geometry. We were able to trace back the different regimes of the VDOS to the simple model of the triatomic molecule. We also explored the limits of non-affine lattice dynamics when describing systems at temperatures T > 0 and gave an approximate solution for the shear modulus in this case.

abstract: In disordered soft matter system, amorphous and crystalline components might be coexisted. The interaction between the two distinct structures and the correlation within the crystalline components are crucial to the macroscopic property of the such material. The spider dragline silk biopolymer, is one of such soft matter material that exhibits exceptional mechanical strength though its mass density is considerably small compare to structural metal. Through wide-angle X-ray scattering (WAXS), the research community learned that the silk fiber is mainly composed of amorphous backbone and $\beta$-sheet nano-crystals. However, the morphology of the crystalline system within the fiber is still not clear. Therefore, a combination of small-angle X-ray scattering experiments and stochastic simulation is designed here to reveal the nano-crystalline ordering in spider silk biopolymer. In addition, several density functional theory (DFT) calculations were performed to help understanding the interaction between amorphous backbone and the crystalline $\beta$-sheets. By taking advantage of the prior information obtained from WAXS, a rather crude nano-crystalline model was initialized for further numerical reconstruction. Using Markov-Chain stochastic method, a hundreds of nanometer size $\beta$-sheet distribution model was reconstructed from experimental SAXS data, including silk fiber sampled from \textit{Latrodectus hesperus}, \textit{Nephila clavipes}, \textit{Argiope aurantia} and \textit{Araneus gemmoides}. The reconstruction method was implemented using MATLAB and C++ programming language and can be extended to study a broad range of disordered material systems. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Physics 2015

Les suspensions colloïdales de particules sphériques présentant des interactions de type sphères dures font partie des systèmes les plus simples et les plus largement étudiés en Matière Molle. Elles peuvent être considérées comme systèmes modèles pour tester des théories plus générales, par exemple en ce qui concerne la cristallisation [1] ou la transition vitreuse [2]. Malgré de nombreux résultats théoriques et expérientaux dans ce domaine, le comportement dynamique des suspensions de sphères dures n'a pas été complètement élucidé.La spectroscopie à corrélation de photons X (XPCS) est une technique de diffusion cohérente équivalente à la Diffusion Quasi-Elastique de la Lumière [3], qui est un des principaux outils d'investigation de la dynamique colloïdale [4]. Comparée à la luière visible, l'utilisation de rayons X procure des rensignements sur les transferts de moment de plus haute énergie, et évite les diffusions multiples - phénomène qui complique sensiblement les études en DQEL pour les échantillons concentrés. De plus, l'utilisation du détecteur 2D compteur de photons (MAXIPIX) disponible sur la ligne ID10 (ESRF) donne des renseignements sur l'évolution de la dynamique de l'échantillon au cours de l'exposition, via les fonctions de corrélation à deux temps.Dans ce travail, nous avons étudié une suspension de spheres colloïdales de PMMA (poly(méthylmétacrylate)) stériquement stabilisées. La distribution en taille des particules et leur concentration ont été obtenues par diffusion de rayons X aux petits angles (SAXS). Les expériences de XPCS effectuées aux plus grandes fractions volumiques en particules (>0.5) mettent en évidence à la fois des temps de diffusion courts et des temps longs autour des pics de Bragg. Une comparaison avec une précédente étude [5] montre, pour une petite gamme de fractions volumiques, une modification drastique de la loi d'échelle entre les temps de relaxation courts et les temps longs qui avait été initialement proposée par Segrè et Pusey [6]. L'analyse des fonctions de corrélation à deux temps révèle un comportement dynamique complexe des échantillons légèrement au-dessus de la transition vitreuse, alors qu'on n'observe aucun signe de modifications structurales via diffusion statique. Utiliser la XPCS sur des suspensions en écoulement dans des canaux cylindriques avait fait ses preuves pour renseigner à la fois sur les propriétés dynamiques et d'écoulement de suspensions diluées [7]. Ici, nous discutons les potentialités et les limites de cette méthode, en étudiant l'interaction entre les propriétés rhéologiques et dynamiques dans ces systèmes complexes modèles que sont les verres colloïdaux.[1] P. N. Pusey and W. van Megen. In: Nature 320.6060 (Mar. 1986), pp. 340–342 [2] P. N. Pusey and W. van Megen. In: Phys. Rev. Lett. 59 (18 1987), pp. 2083–2086.[3] V. A. Martinez et al. In: The Journal of Chemical Physics 134.5, 054505 (2011), p. 054505.[4] B. J. Berne and R. Pecora. Dynamic Light Scattering with application to chemistry, biology and physics. Dover Publications, New York, 2000. [5] D. Orsi et al. “Dynamics in dense hard-sphere colloidal suspensions”. In: Phys. Rev. E 85 (1 2012), p. 011402. doi: 10.1103/PhysRevE.85.011402. url: http://link.aps.org/doi/1 0.1103/PhysRevE.85.011402. [6] P. N. Segrè and P. N. Pusey. In: Phys. Rev. Lett. 77.4 (1996), pp. 771–774.[7] A. Fluerasu et al. In: New Journal of Physics 12.3 (2010) / Colloidal suspensions of spherical particles presenting hard-sphere like interactions is one of the simplest and most widely studied systems of soft condensed matter. They can be treated as a model for testing fundamental theories, regarding e.g. crystallization [1] or glass transition [2]. Despite the long history of both theoretical and experimental research, the dynamic behavior of hard sphere suspensions still lacks a complete understanding.X-ray Photon Correlation Spectroscopy (XPCS) is a coherent scattering technique equivalent to Dynamic Light Scattering (DLS) [3], which is one of the main tools used in the study of colloidal dynamics [4]. Comparing to visible light, the use of X-rays provides access to higher momentum transfer vector values and allows to avoid multiple scattering – a phenomena significantly complicating DLS measurements on concentrated samples. Moreover, the use of a fast, single photon counting area detector (MAXIPIX) available at the ID10 beamline at ESRF gives insight into the evolution of sample dynamics during the measurement time by the means of two-time correlation functions.In this work suspensions of sterically stabilized poly(methyl methacrylate) (PMMA) colloidal spheres were used. Particle size, polydispersity and volume fractions of the samples were obtained using the Small-Angle X-ray Scattering (SAXS) technique. XPCS measurements at high volume fractions (>0.5) show both short- and long-time diffusive behaviour for scattering vector values around, but not restricted to the structure factor peak position. A comparison with an earlier study [5] shows a dramatic change in the approximate scaling between the short- and long-time relaxation rates, initially proposed by Segrè and Pusey in [6], over a small range of volume fractions. The analysis of two-time correlation functions reveals complex dynamic behaviour of a sample slightly above the glass transition, while no signs of structural changes are observed in the static scattering patterns. The studies indicate the dynamics being governed by a jamming transition driven by restrictions in free volume rather than a glass transition as know from the mode-coupling theory. A combination of XPCS with flow in a cylindrical channel has demonstrated previously to give both dynamic and flow properties of dilute suspensions [7]. Here we discuss the potential and limitations of this method in the study of the interplay between rheological properties and dynamics in complex systems such as colloidal glasses. [1] P. N. Pusey and W. van Megen. In: Nature 320.6060 (Mar. 1986), pp. 340–342[2] P. N. Pusey and W. van Megen. In: Phys. Rev. Lett. 59 (18 1987), pp. 2083–2086.[3] V. A. Martinez et al. In: The Journal of Chemical Physics 134.5, 054505 (2011), p. 054505.[4] B. J. Berne and R. Pecora. Dynamic Light Scattering with application to chemistry, biology and physics. Dover Publications, New York, 2000.[5] D. Orsi et al. “Dynamics in dense hard-sphere colloidal suspensions”. In: Phys. Rev. E 85 (2012), p. 011402.[6] P. N. Segrè and P. N. Pusey. In: Phys. Rev. Lett. 77.4 (1996), pp. 771–774.[7] A. Fluerasu et al. In: New Journal of Physics 12.3 (2010)

Les dispersions colloïdales ont beaucoup d’applications technologiques importantes. A cause du mouvement brownien, les particules ont des collisions fréquentes entre elles. Les forces d’attraction de van der Waals,dérivant de potentiels à longue portés, conduisent à l’agrégation et à la précipitation des particules. Plusieurs méthodes ont été proposées pour diminuer ou contrebalancer l’effet d’attraction de van der Waals et augmenter la stabilité colloïdale. Par exemple, le choix du solvant possédant l’indice de réfraction le plus proche possible de celui des particules peut diminuer les forces de van der Waals. D'autres facteurs influencent la stabilité comme les interactions électrostatiques et les interactions spécifiques liées aux chaînes de polymères. Dans le cas des polymères, les chaînes peuvent être greffées à la surface des particules ou être dissoutes dans le solvant (chaînes libres). Dans ce travail de thèse, nous avons étudié l’effet de la stabilisation par déplétion dans le cas des chaînes de polymères libres (FPI, "free polymer induced interaction"). Des modèles théoriques précédents portent un caractère trop simplifié et utilisent des approximations sans vérification. De plus, l’influence des paramètres de la solution, c’est-à-dire, de la structure de polymères et de son interaction avec la surface de particule, n’a pas été étudiée.Les chaînes polymères libres ont été modélisées comme des marches aléatoires dans un champ moléculaire auto-cohérent qui satisfait à l'équation intégro-différentielle de diffusion. Pour le domaine moléculaire, nous avons utilisé un potentiel chimique qui, pour la solution de polymère semi-dilué, peut être représenté comme une expansion du viriel où nous n’avons pris en considération que les deuxième et troisième coefficients du viriel de la solution de polymère. En variant des paramètres tels que la rigidité du polymère, la longueur du polymère, la concentration en polymère et le régime du solvant (comme le solvant thêta), que ce soit pour une surface colloïdale purement répulsive, pour une surface adsorbée ou pour la surface d'une couche de polymère greffé, nous avons été en mesure d'améliorer la barrière répulsive due aux polymères libres entre les particules et donc nous avons trouvé des conditions de la stabilisation cinétique du système. / Stable colloidal dispersions with evenly distributed particles are important for many technological applications. Due to Brownian motion colloidal particles have constant collisions with each other which often lead to their aggregation driven by the long range van der Waals attraction. As a result the colloidal systems often tend to precipitate. A number of methods have been devised to minimize the effect of long-range van der Waals attraction between colloidal particles or to override the influence of the attraction in order to provide the colloidal stability.In the PhD thesis we investigated the colloidal stabilization in solutions of free polymers which is commonly referred to as depletion stabilization. Previous theoretical studies of free-polymer induced (FPI) stabilization were based on oversimplified models involving uncontrolled approximations. Even the most basic features of the depletion stabilization phenomenon were unknown. It was unclear how the PI repulsion depends on the solution parameters, polymer structure and monomer/surface interactions.The free polymer chains were modeled as random walks in a self-consistent molecular field that satisfied to diffusion-like integro-differential equation. As the molecular field we used the chemical potential that for semi-dilute polymer solution can be represented as a virial expansion where we took into account only second and third virial coefficients of the polymer solution. Varying the parameters like polymer stiffness, polymer length, polymer concentration and solvent regime (like theta solvent) whether it is for purely repulsive colloidal surface, adsorbed surface or surface with grafted polymer layer we were able to enhance the repulsive barrier due to the free polymers between the particles and therefore found conditions for kinetic stabilization of the system.

Nous étudions le drainage des mousses de suspension granulaire. Nos paramètres de contrôle sont : la fraction en gaz, la taille des bulles, celle des particules et la fraction volumique de celles-ci dans la phase interstitielle. En premier lieu, nous mesurons la proportion de liquide et de particules retenus dans le réseau de la mousse en fonction des paramètres cités précédemment. Ces mesures réalisées une fois le drainage terminé apportent des éléments de compréhension indispensables à la description des vitesses de drainage. Nous montrons également que certaines combinaisons de nos paramètres d'étude conduisent au blocage du système gaz, liquide, solide. Dans un second temps, nous avons identifié différents régimes de cinétique de drainage, nous montrons qu'ils sont contrôlés par deux paramètres : (i) le rapport lambda de la taille des particules et de la taille des constrictions du réseau, (ii) la fraction en particules dans la phase interstitielle phi. Le point clé pour comprendre ces régimes est le piégeage des particules dans la mousse qui peut avoir deux origines : (i) par piégeage collectif (jamming) qui peut survenir pour des fractions étonnamment basses à cause de la géométrie du réseau interstitiel, (ii) la capture individuelle des particules par la mousse lorsque leur taille devient supérieure à celle des constrictions du réseau interstitiel. Des particules encore plus grosses sont exclues du réseau et participent à une remontée de la vitesse de drainage, faisant apparaître un minimum pour le régime correspondant à la capture individuelle. La fraction granulaire de la phase interstitielle est aussi essentielle, le drainage pouvant être stoppé pour des fractions suffisamment élevées lorsque lambda est judicieusement choisi. Ce travail propose des pistes prometteuses pour la stabilité des matériaux triphasiques / We study the drainage of granular suspensions foams. Our control parameters are the gas fraction, the bubble size, the particles size and the interstitial particle fraction. First, we measure the proportion of liquid and particles retained in the foam network as function of the above mentioned parameters. These measurements are performed when the drainage is over, they are essential for the description of drainage velocity. We show that certain combinations of our study parameters lead to the jamming of the three-phase system : gas, liquid, solid. Secondly, we highlight different regimes of drainage velocity, we show that is controlled by two parameters : (i) lambda, the ratio of the particle size and constriction size, (ii) the fraction of particles in the interstitial network : phi. The key to understand these regimes is the trapping of particles in the foam : (i) the jamming, which may occur for surprisingly low fractions due to the geometry of the pore network, (ii) the particles captured by the foam network when they become larger than the constrictions network. Finally, larger particles excluded from the network increase the drainage velocity, as a consequence the minimum for the velocity corresponds to the individual capture. The granular fraction of the suspension in the foam network is the other key parameter. Especially, the drainage can be stopped for sufficiently high fractions for certain values of lambda. This work offers promising outlook for the stability of three-phase materials

Cette thèse propose deux applications originales du contrôle de la température dans des microsystèmes, abordant des problématiques d'hydrodynamique et de matière molle.Dans une première partie, nous nous intéressons au contrôle du drainage de mousses 2D en confinement micrométrique par effet Marangoni. Pour ce faire, nous appliquons un gradient de température constant à une mousse bidimensionnelle confinée dans une cellule de Hele-Shaw, et observons que l'effet thermocapillaire induit génère un écoulement surfacique capable de contre-balancer le drainage gravitaire naturel. L'équation de conservation de la masse permet de définir des temps caractéristiques inhérents à chacun de ces effets, aboutissant au contrôle du drainage dans notre système modèle.Dans une seconde partie, nous développons une méthode polyvalente pour la microfluidique digitale, basée sur l'effet thermomécanique. Cet effet consiste à chauffer localement un matériau déformable (i.e. du PDMS), dont la dilatation est mise à profit pour réaliser toutes les opérations élémentaires de microfluidique digitale, telles que la génération de gouttes, leur mise en mouvement, piégeage, stockage, tri, brisure ... notre méthode étant opérationnelle pour des gouttes d'eau dans l'huile ou d'huile dans l'eau. / This thesis offers two original applications involving temperature control in microsystems, dealing with hydrodynamics and soft matter. The first part focuses on the drainage control of 2D microfoams by Marangoni effect. To this end, we apply a constant temperature gradient throughout a 2D foam confined in a Hele-Shaw cell, and observe that the induced thermocapillary stress is strong enough to counterbalance and even overcome the natural effect of gravity drainage. The mass conservation in the cell leads to the definition of characteristic drainage times inherent to each effect at play, paving the way to the accurate control of the drainage dynamics in our model system.In a second part, we develop a versatile technology for digital microfluidics, based on thermomechanical effect. This effect consists in locally heating a deformable material (i.e. PDMS), which dilation is used to perform all the elementary operations encountered in digital microfluidics, such as droplet generation, motion, storage, sorting, splitting ... our technology being effective for both oil-in-water and water-in-oil droplets.

In this thesis Moore and Yeo's proposed mapping of the structural glass to the Ising spin glass in a random field is presented. In contrast to Random First Order Theory and Mode Coupling Theory, this mapping predicts that there should be no glass transition at finite temperature. However, a growing correlation length is predicted from the size of rearranging regions in the supercooled liquid, and from this a growing structural relaxation time is predicted. Also presented is a study of the propensity of binary fluids (i.e. fluids containing particles of two sizes) to phase separate into regions dominated by one type of particle only. Binary fluids like this are commonly used as model glass formers and the study shows that this phase separation behaviour is something that must be taken into account.The mapping relies on the use of replica theory and is therefore very opaque. Here a model is presented that may be mapped directly to a system of spins, and also prevents the process of phase separation from occurring in binary fluids. The system of spins produced in the mapping is then analysed through the use of an effective Hamiltonian, which is in the universality class of the Ising spin glass in a random field. The behaviour of the correlation length depends on the spin-spin coupling J and the strength of the random field h. The variation of these with packing fraction and temperature T is studied for a simple model, and the results extended to the full system. Finally a prediction is made for the critical exponents governing the correlation length and structural relaxation time.