Dynamique des dislocations coin et dissipation dans les films librement suspendus de cristal liquide smectique
Résumé
Free-standing liquid crystal (8CB) smectic-A films are very stable due to the elasticity of the lamellar structure and can support the capillary pressure imposed by the meniscus bordering the film. This meniscus acts as a reservoir that supplies material to the film. The subject of this thesis is to study the dynamics and the associated dissipative processes that occur in smectic films. Particular attention is
focused on the finite permeability of the meniscus.
We find that when the exchange of matter between the film and the meniscus is slow, the dissipative behavior is controlled by the permeation flows around edge dislocations within the meniscus. Our hydrodynamic model shows that the dissipation takes place at the entrance of the meniscus, where the smectic layers are well-oriented, and it strongly depends on the film thickness. Complimentary experiments on the growth dynamics of dislocation
loops observed in thin films, and the pressure equilibration of two menisci connected by thick films, have both confirmed experimentally this model.
Bubble collapse dynamics have allowed us to characterize the dissipation for faster flow regimes. Our experiments have showed that after a first step, wherein the lamellar structure of the meniscus is destroyed, there is an increase in the meniscus permeability. This increase leads to bubble collapse during which matter penetrates into the meniscus with shear thining behavior. We also observe that the nucleation and growth of thick-film islands, within thin films, tend to make the dynamic processes less dissipative.
focused on the finite permeability of the meniscus.
We find that when the exchange of matter between the film and the meniscus is slow, the dissipative behavior is controlled by the permeation flows around edge dislocations within the meniscus. Our hydrodynamic model shows that the dissipation takes place at the entrance of the meniscus, where the smectic layers are well-oriented, and it strongly depends on the film thickness. Complimentary experiments on the growth dynamics of dislocation
loops observed in thin films, and the pressure equilibration of two menisci connected by thick films, have both confirmed experimentally this model.
Bubble collapse dynamics have allowed us to characterize the dissipation for faster flow regimes. Our experiments have showed that after a first step, wherein the lamellar structure of the meniscus is destroyed, there is an increase in the meniscus permeability. This increase leads to bubble collapse during which matter penetrates into the meniscus with shear thining behavior. We also observe that the nucleation and growth of thick-film islands, within thin films, tend to make the dynamic processes less dissipative.
Les films librement suspendus de cristal liquide 8CB en phase smectique A sont très stables du fait de leur structure lamellaire. En effet, l'élasticité des couches compense la pression capillaire imposée par le ménisque qui le borde et qui joue le rôle de réservoir de matière. Lors de ce travail, nous nous sommes intéressés à la dynamique de ces films. Nous avons mis en évidence que le ménisque se comporte
comme un réservoir dissipatif.
En régime quasi-statique, lorsque les échanges de matière entre le film et le ménisque sont lents, les écoulements de perméation autour des dislocations coin qui le composent sont à l'origine de sa perméabilité finie. Un modèle hydrodynamique montre que la dissipation est localisée à son entrée, dans la zone bien orientée et qu'elle dépend fortement de l'épaisseur du film. Dans les films fins, le ralentissement des boucles de dislocation et dans les films épais, la dynamique de relaxation de deux ménisques reliés par un même film ont permis de confirmer expérimentalement ce modèle.
La dynamique d'effondrement d'une bulle a permis de caractériser la dissipation dans des régimes d'écoulements plus rapides en mettant en évidence un écart à la loi de Laplace (statique). Les expériences montrent qu'après une étape conduisant à la déstructuration du ménisque, ce qui le rend plus perméable, la bulle peut s'effondrer, la matière s'engouffrant dans le ménisque avec un comportement rhéofluidifiant. De plus, la nucléation et la croissance d'îlots peut rendre le processus moins dissipatif, ce qui est essentiellement observé dans les films fins.
comme un réservoir dissipatif.
En régime quasi-statique, lorsque les échanges de matière entre le film et le ménisque sont lents, les écoulements de perméation autour des dislocations coin qui le composent sont à l'origine de sa perméabilité finie. Un modèle hydrodynamique montre que la dissipation est localisée à son entrée, dans la zone bien orientée et qu'elle dépend fortement de l'épaisseur du film. Dans les films fins, le ralentissement des boucles de dislocation et dans les films épais, la dynamique de relaxation de deux ménisques reliés par un même film ont permis de confirmer expérimentalement ce modèle.
La dynamique d'effondrement d'une bulle a permis de caractériser la dissipation dans des régimes d'écoulements plus rapides en mettant en évidence un écart à la loi de Laplace (statique). Les expériences montrent qu'après une étape conduisant à la déstructuration du ménisque, ce qui le rend plus perméable, la bulle peut s'effondrer, la matière s'engouffrant dans le ménisque avec un comportement rhéofluidifiant. De plus, la nucléation et la croissance d'îlots peut rendre le processus moins dissipatif, ce qui est essentiellement observé dans les films fins.
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