Matière molle et interfaces - Département de Physique de l'Ecole Normale supérieure

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Matière molle et interfaces

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Cours : Sylvie Cohen-Addad et Frédéric Restagno
TD : Raphaël Jeanneret
ECTS : 6
Langue d’enseignement : français et anglais
Mots clés : échelles, capillarité, mouillage, fluctuations, force entropiques, mouvement
brownien
Contrôle : écrit

Description

Dans ce cours, nous introduirons les concepts clef de la matière dite "molle" (soft matter), vus sous l’angle de ses interfaces. La matière molle pourrait être définie comme l’ensemble des problématiques qui s’intéressent aux "formes complexes et à la structuration multiéchelle de la matière". C’est un domaine où il s’agit de comprendre et mettre au point des matériaux aux propriétés paradoxales ou ambiguës : ainsi le mélange de deux phases aussi fluides que l’eau et l’air peut-il produire le quasi-solide qu’est, à certains égards, une mousse à raser.

De par sa nature interdisciplinaire, la matière molle est un domaine protéiforme qui explore les propriétés de matériaux très variés : depuis le cœur ‘historique’ de la matière molle - colloïdes, polymères, milieux granulaires, mousses, émulsions, … -, en passant par la multitude de matériaux biologiques, jusqu’aux derniers développements sur la matière active, l’auto-assemblage, les origamis moléculaires. Elle se retrouve ainsi naturellement à l’interface entre plusieurs disciplines, physique, matériaux, chimie, … et a donc un rôle essentiel à jouer dans le développement d’une physique fondamentale interdisciplinaire.

Nous mettrons l’accent tout particulièrement sur le rôle des interfaces en matière molle (ce sont elles, par exemple, qui "durcissent" la mousse à raser), partant de la définition d’une énergie d’une interface et en en explorant quelques unes de ses innombrables conséquences. Le cours introduira ainsi les concepts élémentaires de la matière molle et de ses interfaces – adsorption, mouillage, forces entropiques, osmose, …– , ainsi que la boite à outils qui permet de la décrire, couplant physique des milieux continus (capillarité, mouillage, hydrodynamique, élasticité, électrodynamique des interfaces, …) et physique statistique (transitions de phases, fluctuations, équation de Langevin, …). L’objectif est de donner un panorama de la matière molle depuis les propriétés macroscopiques jusqu’à ses fondements microscopiques.

Cet enseignement se fondera sur un certain nombre d’expériences clés, et nous privilégierons souvent pour les analyser une approche en lois d’échelle.

Notez enfin qu’il n’est pas requis d’avoir lu "Babar sur la planète molle" (paru en 1974) pour suivre cet enseignement.

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