– PACTIS

Comprendre et contrôler l'organisation spatiale de particules colloïdales dans les milieux fluides constitue un challenge qui permettrait de préparer de nouveaux matériaux possédant des structures et fonctionnalités variées. En effet, la très grande diversité de (méso)phases rencontrées en matière molle (nématique, cubique, hexagonale, lamellaire, bicontinue, etc.) combinée à la richesse des propriétés (optiques, chimiques, mécaniques, électroniques, etc.) associées aux particules solides colloïdales, devraient en principe déboucher sur de nombreuses applications dans des domaines divers. Dans ce contexte, l'objectif de notre projet est de comprendre et de contrôler la structuration de particules colloïdales dans des phases cristal liquides et via des processus de séparation de phases dans des fluides binaires. Parmi les nombreuses voies d'exploration possibles, nous en avons identifié deux qui nous paraissent particulièrement prometteuses et que nous souhaiterions étudier en détail. La première voie consiste à utiliser des solvants cristaux liquides pour organiser des particules colloïdales. Plus précisément, nous nous focaliserons tout d'abord sur l'étude des effets dits pré-transitionnels, où, bien que des prédictions existent, aucune étude expérimentale à ce jour permet de les infirmer ou de les confirmer. D'un point de vue conceptuel, nous pensons que l'existence d'interactions colloïdales anisotropes dans une matrice globalement isotrope et en l'absence de champ extérieur, serait très originale. Ensuite, nous porterons notre attention sur l'inclusion de particules anisotropes dans des phases cristal liquides. Il est aujourd'hui bien établi que des microsphères peuvent s'auto-organiser en réponse au champ d'orientation d'une matrice cristal liquide. Cependant, une plus grande richesse de comportement ainsi que de nouvelles structures sont prévues en variant la taille et la forme des particules ainsi que le type de cristal liquide. Les systèmes expérimentaux que nous pensons utiliser consistent en des phases cristal liquides (thermo- et lyo-tropes) bien connues combinées à des particules de latex originales en forme d'ellipsoïdes de taille et rapport d'aspect contrôlés. Une partie du travail sera notamment consacrée à l'amélioration de la versatilité de ces particules via un développement de la chimie des latex. Que ce soit dans le cas des phénomènes pré-transitionnels ou des inclusions colloïdales dans les mésophases, nous nous intéresserons tout particulièrement à la *formation de structures* et à *une organisation particulière des particules*. De manière plus précise, nous nous attacherons à *(i)* caractériser les distorsions élastiques, les défauts topologiques, déterminer les tailles caractéristiques et le type des interactions (attractive ou répulsive), *(ii)* varier les conditions aux limites (ancrage) et enfin *(iii)* examiner l'effet des fluctuations thermiques pour les objets méso- et nano-métriques. La seconde voie met l'accent sur l'utilisation des phénomènes de séparation de phases dans les fluides binaires pour structurer et organiser des particules colloïdales sous formes de motifs originaux transitoires. Des prédictions théoriques montrent que les phénomènes de séparation de phases dans les fluides binaires sont fortement altérés par la présence de particules. De nouvelles morphologies ainsi que des structures particulières inédites à grande échelle sont prévues par les simulations. Des résultats préliminaires dans notre groupe suggèrent notamment une très forte influence de l'anisotropie des particules sur les structures formées. En s'appuyant sur un système expérimental déjà mis au point au laboratoire, nous tenterons de comprendre les effets de la taille et du rapport d'aspect des particules sur les échelles de longueur typiques des motifs spatiaux obtenus après séparation de phases ainsi que leur dynamique. En conclusion, ce projet vise des objectifs ambitieux allant de la découverte jusqu'à la caractérisation de nouvelles structures lorsque des particules anisotropes micro- et/ou nano-métriques sont dispersées dans des mésophases ou dans des fluides binaires soumis à des processus de séparation de phases.