– DynHet

De nombreux matériaux d'importance industrielle sont des verres, bouteilles en plastique, verre à vitres, émulsions, mousses, grains... Malgré un effort de recherche en matière condensée très important, une compréhension approfondie de la formation de ces matériaux amorphes manque encore. Elle profiterait également à d'autres domaines de recherches, mécanique statistique, matière molle, science des matériaux et biophysique. L'interrogation fondamentale porte sur l'arrêt soudain, mais continu, de la dynamique : est-il dû à une transition de phase sous-jacente, ou bien s'agit-il d'un simple crossover peu universel où un verre ne serait rien d'autre qu'un liquide devenu trop visqueux pour s'écouler ? - - Au cours des dix dernières années, il est apparu que le ralentissement dynamique observé dans les liquides surfondus, les colloïdes et les matériaux granulaires était relié à l'existence de transitions de phase de nature très particulière. Une conséquence importante est l'existence d'hétérogénéités dynamiques (DH), qui sont l'analogue, dans l'espace-temps, des fluctuations critiques observées dans des transitions de phase habituelles. Intuitivement, on conçoit qu'à l'approche de la transition de vitreuse des régions de taille croissante doivent bouger de manière coopérative pour permettre l'écoulement, impliquant une dynamique intermittente à la fois dans l'espace et dans le temps. Une caractérisation expérimentale complète des DH s'avère difficile : on doit en principe résoudre la dynamique de toutes les particules dans l'espace et dans le temps ! Des travaux théoriques ont suggéré des pistes d'investigation, par l'intermédiaire de fonctions de corrélation et de réponse d'ordre élevé, et en étudiant le rôle des conditions aux limites et du confinement. Ceci ouvre la voie à une détermination quantitative des DH et des échelles de longueur de coopérativité dans les matériaux vitreux. - - Ce projet ANR fédère quatre groupes à la fois expérimentaux et théoriques pour établir une caractérisation précise de la coopérativité au sein de verres moléculaires et polymériques, de colloïdes et de matériaux granulaires. Notre ambition principale consiste à utiliser de manière judicieuse notre complémentarité (instrumentale, théorique et numérique) pour mettre à jour des propriétés essentielles et universelles de la relaxation de matériaux près d'une transition vitreuse ou de jamming : - - * Quelle est la forme précise et l'échelle de longueur typique qui caractérisent les corrélations dynamiques ? Comment dépendent-elles de la distance à la transition ? Ceci nécessitera le développement de nouvelles méthodes expérimentales pour mesurer des fonctions de corrélation à quatre points et des susceptibilités non-linéaires, pour des verres moléculaires et colloïdaux ; - * Comment les DH changent-elles lorsque la nature et les interactions des particules sont modifiées ? Comment dépendent-elles de la fragilité du matériau? Sont-elles reliées à la structure microscopique du système? Pour ceci, nous changerons systématiquement de système (liquides forts/fragiles, différentes formes et friction de particules granulaires et colloïdales ; - * Est-ce que le vieillissement des matériaux vitreux est relié à une évolution des DH ? Pour ceci, nous travaillerons dans des conditions loin de l'équilibre thermodynamique. - - Il nous semble possible d'obtenir des réponses détaillées, avec un degré de qualité et de rigueur comparable aux problèmes les mieux étudiés en matière condensée. Nous allons développer et réaliser plusieurs expériences complètement nouvelles et des simulations numériques dont la faisabilité est bien contrôlée pour obtenir une caractérisation quantitative des DH dans plusieurs systèmes (verres moléculaires, colloïdaux, et assemblées granulaires) et différentes conditions expérimentales (pression, densité, température). Plusieurs problèmes théoriques seront analysés en détail pour obtenir une compréhension plus profonde de la dynamiq