Films minces de cristaux liquides
Résumé
This thesis is dedicated to the wetting properties of silicon wafers covered by liquid crystals. We first present the study of a wetting transition taking place around the nematic-isotropic transition. We show that the evolution of the spreading parameter of isotropic drops in function of the temperature obeys a scaling law which is characteristic of second order phase transitions. In the close vicinity of the transition, it is shown that the specific organisation of the first molecular layers affects the wetting properties at a macroscopic scale. On the other side of the transition, ellipsometric measurements of the nematic drop's thickness steps allow us to emphasize the importance of the elastic properties of the liquid crystal in the wetting transition as suggested by the "elastic pancakes" model. Then we discuss the stability of spun cast nematic films in function of both their thickness and temperature. We show the existence of a marginal stability thickness, under which nematic films appear to be unstable. The temperature dependence of this stability thickness is identical to the one of the nematic order parameter. We also present a study of the dynamics of the surface instability that occurs for unstable films. It appears to be akin to spinodal decomposition in binary mixtures. Finally, experimental results about the spreading dynamics of smectic drops are confronted with success to the de Gennes-Cazabat model of the layered drops spreading.
Cette thèse est consacrée à l'étude de films minces de cristaux liquides, et en particulier à leurs propriétés de mouillage d'une plaquette de silicium. Nous présentons tout d'abord l'étude d'une transition de mouillage prenant place au voisinage de la transition nématique-isotrope. Nous montrons que l'évolution du paramètre d'étalement de gouttes isotropes en fonction de la température suit une loi d'échelle au voisinage de la transition de mouillage, caractéristique des transitions de phase du second ordre. Au plus près de la transition, il s'avère que la structuration des premières couches moléculaires des gouttes isotropes au contact de la surface solide affecte les propriétés de mouillage à l'échelle macroscopique. De l'autre côté de la transition, des relevés ellipsométriques du profil d'épaisseur des gouttes nématiques en fonction de la température ont permis de mettre en évidence le rôle des propriétés élastiques du cristal liquide dans la transition de mouillage, en relation avec le modèle de "crêpe élastique". Nous discutons ensuite de la stabilité de films nématiques étendus, d'épaisseurs variables, en fonction de la température. Nous avons mis en évidence une épaisseur de stabilité marginale, en dessous de laquelle les films se révèlent instables, dont les variations reflètent celles du paramètre d'ordre nématique. L'étude de la dynamique des structures qui se forment à la surface libre de films instables nous permet de mettre en évidence les parentés entre cette instabilité de surface et le processus de décomposition spinodale dans les mélanges binaires. Enfin, nous présentons une étude expérimentale de la dynamique d'étalement de gouttes smectiques en relation avec le modèle d'écoulement de gouttes stratifiées de de Gennes-Cazabat.