Capillary-Gravity Waves Generated by a Sudden Object Motion

We study theoretically the capillary-gravity waves created at the water-air interface by a small object during a sudden accelerated or decelerated rectilinear motion. We analyze the wave resistance corresponding to the transient wave pattern and show that it is nonzero even if the involved velocity (the final one in the accelerated case, the initial one in the decelerated case) is smaller than the minimum phase velocity $c_{min}=23 \mathrm{cm s^{-1}}$. These results might be important for a better understanding of the propulsion of water-walking insects where accelerated and decelerated motions frequently occur.Comment: Submitted to Physics of Fluid

Interplay of internal stresses, electric stresses and surface diffusion in polymer films

We investigate two destabilization mechanisms for elastic polymer films and put them into a general framework: first, instabilities due to in-plane stress and second due to an externally applied electric field normal to the film's free surface. As shown recently, polymer films are often stressed due to out-of-equilibrium fabrication processes as e.g. spin coating. Via an Asaro-Tiller-Grinfeld mechanism as known from solids, the system can decrease its energy by undulating its surface by surface diffusion of polymers and thereby relaxing stresses. On the other hand, application of an electric field is widely used experimentally to structure thin films: when the electric Maxwell surface stress overcomes surface tension and elastic restoring forces, the system undulates with a wavelength determined by the film thickness. We develop a theory taking into account both mechanisms simultaneously and discuss their interplay and the effects of the boundary conditions both at the substrate and the free surface.Comment: 14 pages, 7 figures, 1 tabl

Instabilités dans les films minces de polymères. Densité de contre-ions autour d'un globule poreux chargé

The first part of this thesis is focused on instabilities in thin polymer films. When an electric field is applied perpendicular to the film surface, and the temperature is above the glass transition temperature, the film becomes unstable against surface modulations. In particular, we study the influence of residual stresses on the growth rate and on the selected wavenumber of this instability. We start by describing the fabrication process of thin films (typically spin-coating) and we explain why residual stresses may appear and should be considered. Then a model is developed and every hypothesis is discussed in detail. Three rheological constitutive laws are investigated : a non-linear elastic Neo-Hookean solid, a viscoelastic Voigt-Kelvin solid and a viscoelastic Maxwell fluid. In the second part, we study the counterion density around a hydrophobic polyelectrolyte. In a bad solvent, this kind of polyelectrolyte adopts a pearl-necklace structure. The counterion density is determined around one of the 'pearls' in this structure. Applying the quasi-localized charge approximation allows us to get scaling laws between the coupling parameter on the one hand and the decay length and the uptake charge on the other hand. The scaling laws were confirmed by numerical simulations. Finally we applied Density Functional Theory to this system, also being in good agreement with the two other methods. Keywords : thin films, instabilities, non-linear elasticity, viscoelasticity, polyelectrolyte, strong coupling.Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés dans la première partie aux instabilités dans les films minces de polymères. Sous champ électrique perpendiculaire à la surface, cette dernière devient instable lorsque la température du film mince est supérieure à sa température de transition vitreuse. Nous y étudions plus particulièrement l'influence des contraintes résiduelles à la fois sur le taux de croissance de cette instabilité et sur les longueurs d'ondes sélectionnées. Dans un premier temps, nous décrivons brièvement ce qui nous a poussé à considérer que le processus de fabrication pouvait entraîner des contraintes résiduelles. Nous détaillons aussi tous les éléments de notre modèle avec les hypothèses que cela engendre. Ensuite, plusieurs modèles rhéologiques sont considérés : modèle du solide élastique Néo-Hookéenne, modèle du solide viscoélasticité du type Voigt-Kelvin et modèle du liquide viscoélasticité de type Maxwell. Dans la deuxième partie, nous nous sommes intéressés à la répartition de contre-ions autour d'un polyélectrolyte hydrophobe en mauvais solvant. Dans un tel solvant, ces polyélectrolytes prennent la configuration d'un collier de perles. Nous étudions le profil de densité des contre-ions autour d'une de ces perles. L'approximation des charges quasi- localisées nous permet d'obtenir des lois d'échelle entre le paramètre de couplage plasma et la charge effective du globule ou encore la longueur caractéristique de décroissance de la densité. Ces lois d'échelle sont validées via des simulations. Une approche semi-analytique (Density Functionnal Theory) permet de retrouver les profils de densité des contre-ions

Instabilités dans les films minces de polymères (Densité de contre-ions autour d'un globule poreux chargé)

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés dans la première partie aux instabilités dans les films minces de polymères. Sous champ électrique perpendiculaire à la surface, cette dernière devient instable lorsque la température du film mince est supérieure à sa température de transition vitreuse. Nous y étudions plus particulièrement l'influence des contraintes résiduelles à la fois sur le taux de croissance de cette instabilité et sur les longueurs d'ondes sélectionnées. Dans un premier temps, nous décrivons brièvement ce qui nous a poussé à considérer que le processus de fabrication pouvait entraîner des contraintes résiduelles. Nous détaillons aussi tous les éléments de notre modèle avec les hypothèses que cela engendre. Ensuite, plusieurs modèles rhéologiques sont considérés : modèle du solide élastique Néo-Hookéenne, modèle du solide viscoélasticité du type Voigt-Kelvin et modèle du liquide viscoélasticité de type Maxwell. Dans la deuxième partie, nous nous sommes intéressés à la répartition de contre-ions autour d'un polyélectrolyte hydrophobe en mauvais solvant. Dans un tel solvant, ces polyélectrolytes prennent la configuration d'un collier de perles. Nous étudions le profil de densité des contre-ions autour d'une de ces perles. L'approximation des charges quasi-localisées nous permet d'obtenir des lois d'échelle entre le paramètre de couplage plasma et la charge effective du globule ou encore la longueur caractéristique de décroissance de la densité. Ces lois d'échelle sont validées via des simulations. Une approche semi-analytique (Density Functionnal Theory) permet de retrouver les profils de densité des contre-ions.The first part of this thesis is focused on instabilities in thin polymer films. When an electric field is applied perpendicular to the film surface, and the temperature is above the glass transition temperature, the film becomes unstable against surface modulations. In particular, we study the influence of residual stresses on the growth rate and on the selected wavenumber of this instability. We start by describing the fabrication process of thin films (typically spin-coating) and we explain why residual stresses may appear and should be considered. Then a model is developed and every hypothesis is discussed in detail. Three rheological constitutive laws are investigated: a non-linear elastic Neo-Hookean solid, a viscoelastic Voigt-Kelvin solid and a viscoelastic Maxwell fluid. In the second part, we study the counterion density around a hydrophobic polyelectrolyte. In a bad solvent, this kind of polyelectrolyte adopts a pearl-necklace structure. The counterion density is determined around one of the 'pearls' in this structure. Applying the quasi-localized charge approximation allows us to get scaling laws between the coupling parameter on the one hand and the decay length and the uptake charge on the other hand. The scaling laws were confirmed by numerical simulations. Finally we applied Density Functional Theory to this system, also being in good agreement with the two other methods.PARIS-BIUSJ-Biologie recherche (751052107) / SudocSudocFranceF

Transport properties of overheated electrons trapped on a helium surface

An ultra-strong photovoltaic effect has recently been reported for electrons trapped on a liquid helium surface under a microwave excitation tuned at intersubband resonance [D. Konstantinov, A.D. Chepelianskii, K. Kono, J. Phys. Soc. Jpn 81, 093601 (2012)]. In this article, we analyze theoretically the redistribution of the electron density induced by an overheating of the surface electrons under irradiation, and obtain quantitative predictions for the photocurrent dependence on the effective electron temperature and confinement voltages. We show that the photo-current can change sign as a function of the parameters of the electrostatic confinement potential on the surface, while the photocurrent measurements reported so far have been performed only at a fixed confinement potential. The experimental observation of this sign reversal could provide a reliable estimation of the electron effective temperature in this new out of equilibrium state. Finally, we have also considered the effect of the temperature on the outcome of capacitive transport measurement techniques. These investigations led us to develop, numerical and analytical methods for solving the Poisson-Boltzmann equation in the limit of very low temperatures which could be useful for other systems