Laboratoire de Physique Théorique
Toulouse - UMR 5152

En dépit de leur très haute porosité, les aérogels modifient profondément les propriétés d’un fluide adsorbé. Le caractère hors d’équilibre du système se traduit par la présence d’hystérésis dans les isothermes d’adsorption. Les boucles d’hystérésis mesurées par divers groupes expérimentaux présentent des changements remarquables en fonction de la porosité et de la température. Je présenterai une modélisation couplant un modèle de gaz sur réseau à une représentation réaliste de l’aérogel, et qui est traité dans une approximation de champ moyen local. Cette approche permet d’élucider la nature des phénomènes d’adsorption. La présence d’hystérésis s’explique par l’existence d’un paysage de grand potentiel complexe, dans lequel le système évolue par avalanche. La forme des boucles d’hystérésis dépend du mécanisme à l’oeuvre ; on observe en particulier plusieurs transitions hors d’équilibre comme dans le RFIM (Random Field Ising Model). L’adsorption implique des avalanches microscopiques ou bien une avalanche macroscopique ; la désorption se produit par cavitation, dépiégeage ou percolation d’invasion.

Les copolymères à blocs peuvent s’auto-organiser en différentes morphologies telles que les phases lamellaire, cylindrique ou sphérique, dont la taille caractéristique est de l’ordre de la dizaine de nanomètres. De nombreux travaux cherchent à exploiter ces propriétés d’auto-assemblage pour créer des nanostructures, soit à partir du copolymère seul, soit en incluant d’autres composants tels que des nanoparticules. Nous avons développé un méthode de simulation Monte Carlo basée sur la description mésoscopique du copolymère traditionnellement utilisée dans la théorie de champ auto-cohérent (SCFT). Contrairement à la méthode SCFT, l’approche Monte Carlo permet de considérer des systèmes tridimensionnels, décrit explicitement les chaines de polymères et peut facilement prendre en compte des objets non-polymériques tels que les nanoparticules. Plusieurs exemples d’application seront présentés, qui concernent l’auto-organisation de mélange copolymère-nanoparticule et l’utilisation d’un substrat structuré pour guider l’auto-assemblage du copolymère vers une structure sans défaut.