Nous avons étudié divers aspects de la morphogenèse dans des liquides et des<br />solides confinés - instabilités, singularités et phéomènes multi-échelles -<br />en combinant expériences, simulations numériques et outils analytiques. Dans<br />un premier temps, nous abordons le compactage et le flambage de tiges et de<br />plaques et nous relions le flambage à la croissance différentielle dans le<br />vivant. Ensuite, nous considérons des films liquides sur un substrat solide<br />et en particulier la dynamique d'une ligne de contact. Enfin, nous analysons<br />deux formes d'auto-organisation : des goutes rebondissant sur un liquide et<br />la coalescence élastocapillaire d'une assemblée de tiges.

Des travaux de recherche effectuées sur le traitement des sédiments valorisés ont été entrepris depuis une dizaine d'années et ont fait l'objet de plusieurs publications comme relaté dans l'étude bibliographique présentée dans ce rapport. L'essentiel a porté sur la caractérisation physique, puis mécanique en fonction des dosages en ciments et additifs. Ainsi, les travaux de recherche entrepris dans cette thèse entre dans le cadre de la poursuite des recherches dans ce domaine. Elle définie les modalités d'étude, ayant pour objet la valorisation des sédiments de dragage du Port En Bessin en vue d'obtention d'un matériau final utilisable en techniques routières. Ainsi la première phase de l'étude consiste en une caractérisation des boues aussi bien dans leur composition que dans leur comportement aux contraintes mécaniques. Les caractéristiques mécaniques sont aussi étudiées dans la partie formulation. Une planche expérimentale en techniques routières a permis l'étude en conditions réelles d'utilisation du matériau. Des analyses sont réalisées pour étudier le relargage de certains polluants (métaux lourds, HAP...) et comparent les résultats avec les prévisions réalisées à partir des essais de lixiviation. D'autres paramètres concernant le comportement géotechnique du matériau ont été vérifiés et comparés aux prévisions attendues pour voir si l'ensemble des résultats obtenus ne montre pas de dérive par rapport aux prévisions. Le matériau peut être ainsi mis en oeuvre dans une troisième phase pour la réalisation finalement d'une plate forme routière sur site réel.

Dans cette thèse, nous étudions à l'aide de plusieurs expériences la dynamique de gouttes non-mouillantes dans des situations où la gravité n'intervient pas, mais où d'autres forces, moins communes, sont à l'oeuvre. La première partie porte sur l'étude de gouttes d'oxygène liquide qui, en plus d'être en caléfaction sur un support à température ambiante, ont la particularité d'être susceptibles à la présence d'un champ magnétique. Nous étudions la force magnétique exercée sur ces gouttes ultra-mobiles et nous montrons qu'elles peuvent être déviées, ralenties, déformées, capturées et même parfois accélérées à l'aide d'un aimant. Dans la deuxième partie de ce travail, nous avons étudié une situation inverse, où nous avons cherché à mettre en mouvement une goutte non-mouillante initialement au repos. La goutte est cette fois faite d'huile se trouvant dans un tube capillaire rempli d'eau, et nous avons montré qu'un gradient de concentration en tensioactif provoque un mouvement spontané et permet à la goutte d'huile de s'échapper du tube. Cette expérience réalise ainsi une situation modèle de détergence. Une dynamique très particulière est mise en évidence à temps long : le mouvement est continu ou intermittent selon les paramètres de l'expérience.

Cette thèse présente quelques approches expérimentales destinées à mesurer les propriétés mécaniques de films de polymères ultraminces, d'épaisseurs comprise entre 20 et quelques centaines de nanomètre. Nous présentons principalement la conception et l'exploitation d'une expérience de démouillage de films ultraminces sur substrat liquide. Nous montrons dans un premier temps que cette technique permet une mesure simple des propriétés viscoélastiques des films de polymères au dessus de Tg. Les résultats obtenus sur des films ultraminces mettent en évidence que le module au plateau caoutchoutique du polystyrene n'est pas affecté par le confinement, alors même que la viscosité est fortement réduite lorsque l'épaisseur des films est comparable au rayon de gyration des polymères. Divers phénomènes liés au mouillage ou au démouillage de films sont également abordés. Dans une seconde partie, nous présentons une autre expérience fondée sur une instabilité mécanique sur des films vitreux. Une simple observation des motifs induits permet de suivre l'évolution du module élastique dans le domaine vitreux. Enfin, une étude portant sur les possibilités d'investigations des effets de surface et d'interface par AFM sur des élastomères chargés est présentée dans une troisième partie.

Cette thèse étudie théoriquement les processus de transport au voisinage de la ligne triple de contact liquide-gaz-solide et leur impact sur l'évaporation macroscopique. Dans la première partie de la thèse, l'hydrodynamique au voisinage de la ligne de contact est étudiée sous les conditions de mouillage partiel. L'évaporation induite par le chauffage du substrat dans l'atmosphère de vapeur du même fluide est considérée. La relaxation de la singularité hydrodynamique de la ligne triple est considérée. La principale conclusion de la thèse est que l'effet Kelvin (dépendance de la température de saturation de la pression) est suffisant en soi, pour faire disparaitre la singularité des variables hydrodynamiques. La microrégion (le voisinage de la ligne de contact) est résolue numériquement et analytiquement pour de faibles pentes de l'interface liquide-vapeur. Les échelles de longueur caractéristiques du problème sont identifiées et la nature multi-échelle du phénomène est prise en compte. Les études paramétriques effectuées révèlent le rôle de la résistance thermique de l'interface vapeur-liquide, de la longueur de glissement, du terme thermocapillaire, du recul de vapeur et ainsi que des forces de surface. Une extension de l'approximation de lubrification pour de pentes élevées de l'interface gaz-liquide à l'évaporation est discutée. Dans la seconde partie de la thèse, le modèle précédemment établi pour la microrégion est couplé à des simulations numériques de la croissance d'une bulle de vapeur. Le départ de la bulle de vapeur de la paroi chauffante pendant l'ébullition a également été étudiée. Il a été proposé dans la thèse, que sous des charges thermiques élevées, l'augmentation de l'angle de contact apparent provoque l'étalement de la bulle de vapeur sur la paroi chauffante. Ce phénomène peut conduire, au séchage de la paroi observé pendant la crise d'ébullition.

Nous nous intéressons aux dynamiques spéciales engendrées par des objets non mouillants. Sur un substrat recouvert de rainures asymétriques en dents de scie, un liquide ou un solide en caléfaction est propulsé horizontalement. Les motifs rectifient l'écoulement de vapeur dans une direction privilégiée et le mobile est entrainé par viscosité. Sur un substrat lisse, si le solide est lui-même asymétrique, la répartition non homogène de masse incline la surface inférieure et avec elle la force de pression de l'écoulement de vapeur : sa composante horizontale met aussi l'objet en mouvement. Une goutte caléfiée entre deux plans parallèles montre également un comportement surprenant : au-delà d'un rayon critique, elle se déstabilise en formant un anneau qui s'agrandit et éclate en petits fragments. La grande mobilité de ces objets pose la question de la friction qu'ils subissent. Très faible sur un substrat lisse, on observe une dissipation inertielle dans l'air environnant et dans une couche limite liquide pour les gouttes. En revanche, sur un substrat crénelé, elle est fortement amplifiée par l'impact du liquide sur les textures. Pour terminer, nous nous intéressons à divers objets non mouillants naturels : l'argyronète aquatique et plusieurs plantes aquatiques superhydrophobes. Le premier est une araignée qui passe sa vie sous l'eau. Elle s'abrite dans une grande bulle d'air qu'elle crée en capturant, par un mouvement dynamique de son abdomen superhydrophobe et de ses pattes, de petites bulles à la surface de l'eau. Quant aux seconds, ils utilisent leurs surfaces non mouillantes pour survivre lors d'une immersion.

Dans le cadre de l'inspection ultrasonore des réacteurs au sodium, l'objectif est d'étudier les conditions d'apparition d'un très mauvais couplage acoustique du traducteur avec le sodium liquide. Le non mouillage de la surface du traducteur par le sodium peut provoquer le piégeage de poches de gaz dans la rugosité. Une première analyse quasi-statique permet d'étudier la stabilité de ces poches de gaz vis-à-vis de la température, de la pression hydrostatique, du niveau de saturation en gaz dissous dans le liquide. Afin de mener une étude paramétrique en fonction de la taille et la fraction surfacique des poches de gaz, plusieurs échantillons sont réalisés. Une expérience ultrasonore en eau, utilisant différentes fréquences, permet de mesurer la transmission à travers ces échantillons. Parallèlement, divers modèles décrivant la configuration expérimentale sont proposés, le dernier étant basé sur une description du comportement dynamique d'une poche de gaz de géométrie simple. La comparaison des résultats expérimentaux et analytiques (du dernier modèle) montrent une évolution similaire de la transmission en fonction des différents paramètres.

Ce travail de thèse expérimental porte sur les dynamiques d'imbibition en milieu confiné. Cette situation survient lorsque un fluide mouillant les parois d'un solide vient déplacer un second fluides non-miscible. La divergence des contraintes visqueuses au niveau de la ligne de contact avec le solide complexifie la description de la forme et de la dynamique d'invasion du ménisque qui ne peut se résumer, même aux échelles macroscopique du confinement solide, à l'avancement d'un front liquide homogène. L'absence de longueur caractéristique intrinsèque aux fluides nécessite de tenir compte des couplages entre écoulement et forme des interfaces à toutes les échelles, depuis le nanomètre (interactions moléculaires) jusqu'à l'échelle du confinement (une centaine de micromètres dans nos expériences). Ce caractère multi-échelle est au centre des travaux effectués durant cette thèse. A l'aide du développement de nouveaux outils micro-fluidiques, nous étudions quantitativement l'imbibition dans une géométrie de type Hele-Shaw. Une étude à la fois expérimentale et numérique nous permet de mettre en évidence l'existence d'une nouvelle transition d'entrainement. Une étude complète du modèle numérique nous permet ensuite d'unifier ce nouveau mode avec celui reporté jusqu'à présent dans la littérature. Nous nous intéressons aussi à l'imbibition dans des réseaux poreux modèle. Nous identifions alors expérimentalement un nouveau mode d'invasion généralisant l'entrainement obtenu précédemment. Ce scénario est piloté par l'écoulement en film de coin autour des obstacles constituant le poreux. Nous proposons alors un critère géométrique simple pour discriminer les différents modes d'invasions.

Cette thèse présente une étude expérimentale sur l'évaporation de gouttes reposant sur un substrat solide. Dans une première partie, nous nous sommes intéressés à la description de l'évaporation d'une goutte liquide en regardant notamment l'influence du substrat. Le problème est approché sous un angle nouveau : en contrôlant avec précision les différentes propriétés du substrat que sont sa rugosité, son énergie de surface et ses propriétés thermiques. Cette méthode a permis de découpler les différentes influences du substrat et d'étudier l'évaporation pour différentes dynamiques de ligne triple et une large gamme d'angles de contact, de conductivités thermiques et de températures de substrat. Les résultats expérimentaux sont comparés au modèle classique d'évaporation. Ce modèle considère l'évaporation comme un processus contrôlé par la diffusion de la vapeur dans l'atmosphère. L'étude révèle les domaines de validité de ce modèle et met en évidence les différents mécanismes additionnels pouvant se développer ainsi que leur contribution. L'utilisation d'une caméra infrarouge dévoile le développement d'un motif hydrodynamique complexe non-axisymétrique. L'origine de cette instabilité, ces dynamiques spatiales et temporelles sont également explorées. Dans une seconde partie, l'étude a été étendue à l'évaporation d'une goutte de suspension biologique : le sang. Le séchage de ce fluide conduit à la formation d'un motif complexe dépendant de la mouillabilité du substrat. Alors qu'une situation mouillante met en évidence un dépôt de type annulaire accompagné de fractures radiales, une situation non-mouillante révèle une forme complexe composée de fractures et de plis. / This thesis presents an experimental study on the evaporation of droplets on a solid substrate. In the first part we describe the evaporation of a liquid droplet, taking a particular interest in the influence of the substrate. The problem is approached from a new angle by ensuring that the various properties of the substrate, such as its roughness, surface energy and thermal properties, are controlled precisely. Thanks to this method it is possible to decouple the different influences of the substrate and to study evaporation in relation to various dynamics of triple lines and a wide range of contact angles, thermal conductivities and temperatures of the substrate. Experimental results are compared with the classic evaporation model, which considers evaporation as a process determined by the diffusion of vapor into the atmosphere. The study reveals the range of validity of this model and highlights the different additional mechanisms which may develop as well as their contribution. The use of an infrared camera reveals the development of a complex hydrodynamic non-axisymmetric pattern. The origin of this instability and its spatial and temporal dynamics are also explored. In the second part, the study is extended to the evaporation of a dropl of a biological suspension: human blood. As this fluid dries a complex pattern is formed which is dependent on the wettability of the substrate. Whereas a wetting situation leads to a ring-like deposit with radial cracks, a non-wetting situation reveals a complex shape composed of cracks and folds. The study focuses on the understanding of the physical mechanisms leading to these patterns and of the role of biology.

Les Oligothiophènes sont étudiés depuis une quinzaine d’années dans le cadre du développement d’applications électroniques et plus particulièrement des transistors à effet de champ organiques (OFETs). Dans ce contexte, une série de dialkylterthiophènes a été synthétisée et l’organisation supramoléculaire a été caractérisée en volume à l’aide de différentes techniques. L’analyse enthalpique différentielle nous a, tout d’abord permis de détecter les transitions de phases de chaque composé et de caractériser précisément les températures et les enthalpies de transitions. Nous avons constaté que chaque système présente une ou plusieurs phases cristal-liquides. Leur nature smectique ainsi que leur structure ont été identifiées par microscopie optique polarisée et par diffraction des rayons X. Pour les phases smectiques les plus ordonnées, la diffraction RX a révélé une organisation supramoléculaire à l’intérieur des plans smectiques, symptomatique de phases smectiques-cristallines. Les paramètres de maille de chaque système en phase cristalline ou SmG, ont été déterminés à l’aide d’une méthode de simulation. Les propriétés thermotropes et structurales sont discutées en fonction de la longueur des chaines alkyles.<p>Un composé cristal-liquide de la série précédente, le dioctylterthiophène, a ensuite été caractérisé en couche mince afin d’étudier les effets d’interfaces sur sa structure. La caractérisation, par diffraction des rayons X et microscopie à force atomique, de films minces de différentes épaisseurs, a révélé l’existence d’une phase ‘‘couche mince’’ à partir de leur interface substrat/composé et sur une épaisseur d’environ 30 nm. Au-delà de cette épaisseur, la phase en volume domine l’organisation supramoléculaire de chaque film. Aucune phase similaire (à la phase couche mince) n’a, par contre, été détectée à leur interface air/composé. Deux températures d’isotropisation ont donc été observées à 106°C pour la phase couche mince et à 90°C pour la phase en volume.<p>Enfin, le phénomène de pré-transition de phase à l’interface air/composé de films épais de dihexylterthiophène et de dioctylterthiophène, a été étudié par ellipsométrie. Cette technique nous a permis d’observer la formation progressive d’une couche anisotrope à l’interface air/composé de chaque film quelques degrés au dessus de leur température de transition de phase isotrope/smectique. L’épaisseur de chaque couche anisotrope augmente par couche smectique lorsque la température décroit vers la température de transition de phase isotrope/smectique. À l’approche de cette température de transition, nous avons constaté que chaque épaisseur diverge impliquant un mouillage complet de leur interface air/composé. L’épaisseur de chaque couche anisotrope augmente tout d’abord de manière logarithmique ;puis à l’approche de la température de transition, cette augmentation suit une loi de puissance. <p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished