Études structurales de transformations de phase dans des cristaux liquides lyotropes

par Serge Alpérine

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de Jean Charvolin.

Soutenue en 1985

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

Le président du jury était Jacques Friedel.

Le jury était composé de Jean Charvolin, Jacques Friedel, André Authier, Vittorio Luzzati, Sebastian Doniach.

Les rapporteurs étaient Jean Charvolin.

mots clés

• Mélanges ternaires
• Défauts (structuraux)
• Cristaux liquides
• Rayons X -- Diffusion
• Neutrons thermiques -- Diffusion
• Transitions de phases

Résumé

Les phases « cristal liquide lyotrope » du diagramme de phases des mélanges ternaires décylsulfate de sodium/décanol/eau à 23°C ont fait l’objet d’une étude structurale par microscopie optique et diffusion des rayons X. Cette étude a révélé l’existence de phases lyotropes nouvelles : phases 2D rectangulaires de symétrie variée, phases lamellaires à défauts. Le problème du rôle structural de l’alcool gras dans le polymorphisme de ce système a été abordé. Des expériences de diffusion des neutrons thermiques ont mis en évidence une relation étroite entre la courbure interfaciale locale des agrégats et les concentrations locales respectives des deux amphiphiles : l’alcool est situé préférentiellement dans les régions peu courbées des agrégats, tandis que la teneur en savon est plus importante là où la courbure du film interfacial est plus prononcée. Cette relation courbure/concentration constitue l’un des éléments permettant de discuter la physique des transformations de phases dans la région concentrée en amphiphiles de ce diagramme de phase.

Titre traduit

Structural studies of phase transformations in lyotropic liquid crystals

Résumé

The "lyotropic liquid crystal" phases of the phase diagram obtained from mixtures of sodium decylsulfate, decanol and water at 23°C have been studied through optical microscopy and X-ray diffraction measurements. New lyotropic phases, such as 2D rectangular phases of various symmetry and lamellar phases containing structural defects showed up during this study. Questions were raised about the structural role played by the fatty alcohol in the polymorphism of this system. Thermal neutron scattering experiments revealed a close relationship between the local interfacial curvature of the aggregates and the respective local concentrations of both amphiphiles: the alcohol is preferentially located in those parts of the aggregates where the interfacial curvature is low, whereas the soap concentration is higher in the parts where the interfacial curvature is more pronounced. Such a curvature/concentration relationship is indeed a point supporting a discussion about the physics of the phase transformations which take place in the concentrated region of this phase diagram.