Vieillissement d'un verre colloïdal : Variations sur les techniques de diffusion de la lumière

Aging of colloidal glass : Variations on light scattering techniques

• Auteur / Autrice : Soulaimane Kaloun
• Direction : Jean-Pierre Münch, Mohammed Skouri
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences Physique.Informatique Electronique Electrotechnique et Automatique.Instrumentation Physico-Chimique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008) en cotutelle avec Marrakech - Maroc

Mots clés

Mots clés contrôlés

Colloïdes

Détérioration

Lumière -- Diffusion

Résumé

Les résultats obtenus au cours de ce travail relèvent de trois aspects fondamentaux de la phénoménologie des systèmes vitreux : le vieillissement, le rajeunissement et les effets mémoire. Nous avons développé des expériences originales de diffusion de la lumière qui utilisent des caméras CCD comme multidétecteurs. Ces techniques permettent d’effectuer en temps réel une moyenne d’ensemble de l’intensité diffusée. L’étude du vieillissement d’un verre colloïdal de Laponite a été effectuée en incorporant des particules sondes pour suivre leur dynamique sur des échelles micrométriques grandes devant la taille du grain nanométrique du système vitreux. Nous montrons que l’évolution du temps de relaxation de la structure en fonction de l’âge du système est initialement décrite par une croissance exponentielle, puis suivie d’une croissance en loi de puissance avec un exposant de l’ordre de l’unité. Dans le premier régime, la diffusion des sondes est normale, alors qu’au cours du second, dit de « full aging », la dynamique de la sonde est surdiffusive. Nous étudions d’autre part le vieillissement d’un système vitreux colloïdal de smecton sous cisaillement périodique. Les effets de rajeunissement et l’existence d’effets mémoire y sont discutés. Nous observons que la dynamique est accélérée lorsque l’on applique un cisaillement d’amplitude modérée, néanmoins cette accélération n’affecte pas la dynamique quand le cisaillement est arrêté. Nous montrons que la dynamique de la suspension à un instant après un rajeunissement total est indépendante des cisaillements effectués avant cet instant si son amplitude est inférieure à une amplitude critique nécessaire au rajeunissement total de la suspension vitreuse. Ceci nous permet d’exclure l’effet de termes mémoire dans la dynamique de nos suspensions.

The results obtained during this work concern three fundamental aspects of the phenomenology of the glassy systems: aging, the rejuvenation and the memory effects. We developed original experiments of light scattering with multi-speckle detection on CCD chips. Thanks to these techniques we were able to calculate an ensemble average of the scattered intensity in real time. We study the aging of colloidal Laponite glass by measuring the dynamic structure factor of dilute embedded tracer particles on micrometric length scales. We show that an initial aging regime, where the decay time grows exponentially with aging time is followed by a full aging regime. The dynamics of the tracers is diffusive in the exponential regime and hyperdiffusive in the full aging regime. Besides, we study the aging under a periodic shear of a concentrated suspension of saponite particles. The effects of rejuvenation and the existence of memory effects are discussed there. We observe that the dynamics is fastened by the application of a moderate shear amplitude. Nevertheless, this acceleration does not affect the dynamics of the suspension when the shear is ceased. We show that the dynamics of the suspension at any given time after complete rejuvenation is independent of the shear history before this time as soon as the amplitude of the applied shear is smaller than the characteristic shear necessary to completely rejuvenate the suspension. We thus rule out the existence of a memory effect in our suspension.