Les fluctuations de surface pour mesurer les propriétés de systèmes complexes en l'absence de sollicitation - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2013

Surface fluctuations to measure the properties of complex systems in the absence of solicitation

Les fluctuations de surface pour mesurer les propriétés de systèmes complexes en l'absence de sollicitation

Basile Pottier
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 951553

Résumé

The dynamics of thermal fluctuations of a medium reveals the properties of this medium, without the need to apply any stress. In order to exploit this principle, we have developed an optical technique for measuring spontaneous free surface height fluctuations, based on the measurement of the deflection of a laser reflected at the surface. We show that we can measure surface fluctuations of various materials, ranging from low viscosity liquids to viscoelastic solids. The viscoelastic properties of the medium probed can be determined from the experimental fluctuations spectrum. Comparing the data obtained with conventional rheometric measurements, the technique turns out to be a reliable way to characterize the rheological properties of frequencies ranging from 0.1 Hz to tens of kHz. In addition, we are interested in the influence of confinement on the surface fluctuations of a newtonian liquid. We study the effect of confinement using substrates of different types : solid plane, solid with a relief and liquid. We show that the surface fluctuations strongly depend on the substrate used. We study in particular the case where a liquid film is deposited onto a solid surface. By creating a Marangoni effect induced by a temperature gradient at the free surface of the liquid, it is possible to control the thickness of the probed film. We can therefore measure surface fluctuations of films whose thickness varies between 30 nanometers and a few micrometers. The measured spectra are sensitive to the hydrodynamic condition at the liquid-solid interface and makes it possible to estimate a possible slip length.
La dynamique des fluctuations thermiques d'un milieu révèle les propriétés de ce milieu, sans qu'il soit nécessaire de le solliciter. Afin d'exploiter ce principe, nous avons mis au point une technique optique destinée à mesurer des fluctuations spontanées de hauteur de surfaces libres, basée sur la mesure de la déflexion d'un laser réfléchi à la surface. Nous montrons que l'on peut ainsi mesurer les fluctuations de surface de milieux très variés, allant des liquides peu visqueux aux solides viscoélastiques. Les propriétés viscoélastiques du milieu sondé peuvent être déterminées à partir du spectre expérimental des fluctuations. On compare les valeurs obtenues avec des mesures rhéométriques conventionnelles, la technique s'avère être un moyen fiable pour caractériser les propriétés rhéologiques dans une gamme de fréquences allant de 0,1 Hz à quelques dizaines de kHz. Par ailleurs, on s'intéresse à l'influence du confinement sur les fluctuations de surface d'un liquide newtonien. On étudie l'effet du confinement en utilisant des substrats de différentes natures : solide plan, solide en relief et liquide. On montre que les fluctuations de surface dépendent fortement du substrat utilisé. On étudie en particulier le cas où le film liquide est déposé sur une surface solide plane. En créant un effet Marangoni induit par un gradient de température à la surface libre du liquide, on parvient à contrôler l'épaisseur du film sondé. On mesure ainsi les fluctuations de surface de films dont l'épaisseur varie entre 30 nanomètres et quelques micromètres. Les spectres mesurés sont sensibles à la condition hydrodynamique à l'interface liquide-solide et permettent d'évaluer une éventuelle longueur de glissement.
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Dates et versions

tel-00936208 , version 1 (24-01-2014)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00936208 , version 1

Citer

Basile Pottier. Les fluctuations de surface pour mesurer les propriétés de systèmes complexes en l'absence de sollicitation. Matière Molle [cond-mat.soft]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00936208⟩
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