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Morphologies de rides

MSC : Cyprien Gay.

Collaborations Laboratoire InFlux, Université de Mons, Belgique : Hugues Vandeparre (thèse), Christophe Poulard (post-doc, auj. à Orsay), Fabian Brau (post-doc), Sylvain Gabriele, Pascal Damman.


Un objet mince comprimé dans le sens de sa longueur a tendance à flamber. Si l’objet est tenu uniquement par ses extrémités, ce flambage donne lieu à une demi-oscillation unique de taille maximale. Dans de nombreuses situations, le flambage de l’objet mince est entravé par la présence d’un autre milieu qui limite la taille des oscillations. Cela donne alors lieu à des phénomènes de rides. La morphologie d’un ensemble de rides est parfois complexe et mal comprise. Nous avons étudié des rides d’une membrane de titane déposée à la surface d’un film polymère. L’obtention de substrats portant de telles rides peut constituer une alternative à la microfabrication de substrats à rugosité contrôlée. - Dans un premier travail [1], nous montrons que les motifs ridés sont sensibles au caractère collant ou glissant de l’interface polymère-substrat (revêtement de titane, film de polystyrène, et substrat de silicium). On obtient sélectivement une orientation préférentielle des rides. Les modèles théoriques existants sont étendus à des conditions aux limites spécifiques (adhésives vs. glissantes), et nous expliquons ces observations. - Dans un autre travail [2], nous décrivons une méthode simple et flexible pour générer des motifs hiérarchiques à partir d’une instabilité de ride. Des morphologies complexes comportant des topographies qui changent graduellement sont générées par les rides spontanées d’une membrane rigide (titane) sur une couche molle (polystyrène) comprimée par la diffusion d’un solvant. Nous montrons que la morphologie de ces motifs de rides inédits est directement reliée aux propriétés rhéologiques de la couche polymère et à la géométrie du front de diffusion. À partir de ces ingrédients, nous élucidons le mécanisme de formation des motifs de rides hiérarchiques et nous expliquons quantitativement nos résultats expérimentaux à l’aide d’une simple loi d’échelle. Pour finir, nous illustrons la pertinence de noter méthode de structuration en étudiant la sensibilité mécanique de fibroblastes. - Dans un troisième travail [3], nous avons étudié les motifs différents qui apparaissent lorsque le film de PS déposé est très fin. Les nouvelles morphologies sont de type réseau hexagonal de bosses. Nous avons montré que, comme dans les adhésifs (Ghatak et al. 2003), l’instabilité pouvait être due aux interactions de van der Waals entre les trois couches de matériaux.

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- Dans un travail récent [4], nous avons voulu comprendre les motifs hiérarchiques de rides qui apparaissent dans des systèmes très différents comme les feuilles de graphène qui sont tenues à chaque extrémité et les rideaux qui sont tenus à l’extrémité supérieure. Lorsque la longueur d’onde est fixée à une extrémité, elle évolue dans l’espace en suivant une loi de puissance qui n’est pas la même selon les cas : \lambda\propto x^{2/3} pour les surfaces légères et sans tension et \lambda\propto x^{1/2} pour les surfaces lourdes ou avec tension. Pour comprendre l’origine de ces lois, nous avons décomposé ces hiérarchies en un empilement de bifurcations élémentaires de rides, que nous avons nommées "wrinklons". Dans chaque situation, nous avons détaillé les contributions (flexion, tension, pli) déterminant la dimension des wrinklons et donc la loi d’évolution spatiale de la longueur d’onde, que ce soit pour des rideaux ou pour des feuilles de graphène.


- [1] Hugues Vandeparre, Julien Leopoldes, Christophe Poulard, Sylvain Desprez, Gwennaelle Derue, Cyprien Gay, Pascal Damman, "Slippery or Sticky Boundary Conditions: Control of Wrinkling in Metal-Capped Thin Polymer Films by Selective Adhesion to Substrates", Phys. Rev. Lett. 99 188302 (2007)

- [2] Hugues Vandeparre, Sylvain Gabriele, Fabian Brau, Cyprien Gay, Kevin Kit Parker, Pascal Damman, "Hierarchical wrinkling patterns", Soft Matter 6 5751-5756 (2010).

- [3] Hugues Vandeparre, Simon Desbief, Roberto Lazzaroni, Cyprien Gay, Pascal Damman, "Confined Wrinkling: Impact on pattern morphology and periodicity", Soft Matter 7 6878-6882 (2011)

- [4] Hugues Vandeparre, Miguel Pineirua, Fabian Brau, Benoît Roman, José Bico, Cyprien Gay, Wenzhong Bao, Chun Ning Lau, Pedro M. Reis, Pascal Damman, "Wrinkling hierarchy in constrained thin sheets from suspended graphene to curtains", Phys. Rev. Lett. 106 224301 (2011) (voir aussi liens vers couverture et reprises)


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