Dipôles élastiques géants dans les films nématiques
Résumé
L’élasticité orientationelle des matrices cristal liquide nématique conduit à l’auto-organisation bidimensionnelle de dispersions colloïdales nématiques à l’échelle du micron [1]. Les mécanismes d’assemblages reposent sur l’existence de paires défauts/particules (dipôles élastiques). Ainsi, une microsphère à ancrage homéotrope, confinée dans une cellule de nématique aligné perturbe le champ du directeur et impose la création d’un défaut topologique. Dans une géométrie plane comme celle d’une cellule à ancrage planaire, le défaut topologique associé à une particule (même de forme quelconque [2]) est localisé à une distance comparable à sa taille. Ce n’est cependant pas le cas dans des géométries complexes comme la géométrie sphérique des coques minces de nématique, où le défaut peut se localiser à grande distance en raison de contraintes topologiques[3].
Nous avons mis en évidence une autre situation physique où les défauts se positionnent également à grande distance des particules en raison d’effets capillaires. Nous avons ainsi étudié des microparticules piégées dans un film nématique mince libre, étalé sur un fluide isotrope. Quand l’épaisseur du film nématique est de l’ordre de la taille des colloïdes, des dipôles élastiques géants sont observés. Pour des particules de 4µm, le défaut point peut ainsi se positionner à une distance supérieure à 100µm de la particule. La taille de ce dipôle élastique géant est contrôlée via l’épaisseur du film. Il existe une épaisseur critique pour laquelle on observe une transition du dipôle élastique classique vers le dipôle géant. Nous avons expliqué l’ensemble des phénomènes en tenant compte des déformations interfaciales du film. L’exploitation de la mesure du retard optique pixel par pixel, permet de mesurer la déformation capillaire autour du colloïde; celle-ci peut-être expliquée dans une approche scalaire simplifiée du problème. Dans un second temps, à profil d’épaisseur du film fixé, la minimisation numérique de l’énergie élastique permet de reproduire les champs directeurs observés. Ce couplage original élasto-capillaire pourrait être utilisé pour contrôler l’assemblage 2D de particules dans des films minces nématiques [4].