Identification et étude de la transition isotrope-nématique induite sous cisaillement dans les polymères cristaux liquides en peigne

Abstract

Dans ce travail de thèse, une transition isotrope-nématique induite par cisaillement dans les fondus de polymères cristaux liquides en peigne a été pour la première fois mise en évidence. Cette transition de phase hors équilibre est caractérisée principalement par l'apparition, au delà d'un taux de cisaillement critique, d'une phase fortement biréfringente en phase isotrope (T > T_NI) et par un plateau de contrainte dans les courbes d'écoulement de contrainte en fonction du taux de cisaillement. Ces résultats sont interprétés comme révélateurs d'une transition de phase hors équilibre analogue à une transition du premier ordre, donnant lieu à une région du diagramme de phase hors équilibre (contrainte en fonction de la température) où la phase isotrope et la phase nématique induite coexistent. Deux bandes de biréfringences différentes sont directement visualisées dans le plan de cisaillement (vitesse, gradient de vitesse). Enfin, le mécanisme envisagé donnant lieu à cette transition isotrope-nématique hors équilibre est la déformation de chaînes connectées dans des amas élastiques. Des expériences de diffusion des neutrons aux petits angles, réalisées in situ, dans une cellule de Couette spécialement conçue, permettent l'étude de la conformation des chaînes en phase nématique induite. On a ainsi pu démontrer que la conformation des chaînes subit une réorientation de perpendiculaire au directeur de la phase nématique à l'équilibre à parallèle dans la phase nématique induite. Enfin, dans le cas d'un polymère caractérise par une conformation de chaîne de type parallèle au directeur, en phase nématique induite ainsi qu'à l'équilibre, nous avons relevé l'apparition d'oscillations temporelles auto-entretenues de la contrainte en réponse à un taux de cisaillement imposé en phase nématique induite. Ce phénomène oscillant est interprété en termes de déformation élastique suivie d'une relaxation du milieu.In this work, a shear induced isotropic to nematic phase transition in melts of side chain liquid crystal polymers is pointed out for the first time. This non-equilibrium transition has been revealed through rheo-optical measurements: a high birefringence emerges from the isotropic phase when sheared above a critical shear rate. Furthermore, a stress plateau in the flow curves of stress versus shear rate is observed and interpreted as relevant of a non-equilibrium transition achieved through shear banding. Two bands of different birefringence have been observed in the shear plane (velocity, velocity gradient). The mechanism considered for the formation of the shear induced nematic phase is the deformation of connected chains forming elastic clusters. Small angle neutron scattering experiments, performed in situ, in an especially designed Couette shear cell, allow the determination of the main-chain conformation in the shear induced nematic phase. The oblate conformation observed in the equilibrium nematic phase (at T < T_NI) is changed into a prolate one characterizing the shear induced nematic phase. Lastly, in the case of a side chain liquid crystal polymer characterized by a prolate main chain conformation, in the induced nematic phase as well as in the equilibrium one, we pointed out the appearance of undamped stress oscillations in response to an applied shear rate in the shear induced nematic phase. This oscillating phenomenon is interpreted in terms of an elastic deformation followed by a relaxation of the sample.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF