Serge Mora - Iramis

Service de Physique de l'Etat Condensé
Thèses ou HDR SPEC
Fri, Sep. 26th 2003, 00:00
SPEC,
Serge Mora
SPEC, CEA/Saclay, Université Paris Sud - Paris XI
Structure d'interface de fluides complexes
Manuscrit de la thèse.
Résumé :
Une étude de la structure d'interfaces liquide-vapeur est présentée dans cette thèse. Les surfaces étudiées
sont étroitement liées, afin de pouvoir déterminer l'influence des différents types d'interactions
moléculaires, et de cerner les mécanismes responsables des propriétés physiques de ces surfaces. La diffusion
diffuse de rayons x a permis de mesurer, pour différents liquides, le spectre des fluctuations de hauteur d'une surface
nue. Ces mesures ne concordent plus avec le modèle des ondes capillaires pour des vecteurs d'onde supérieurs Ã
108 m-1 : la notion de tension de surface n'est plus valable à ces échelles et doit être remplacée par une
énergie de surface effective. Il est montré que cette dernière décroît lorsque la longueur d'onde associée
à la fluctuation est de l'ordre de quelques dizaines de distances moléculaires. Elle augmente pour les plus petites
longueurs d'onde envisageables. L'accord remarquable avec la théorie proposée par K. Mecke et S. Dietrich. Ces
mesures ont été étendues au cas d'interfaces décorées par un film moléculaire : l'énergie de surface
effective est alors correctement décrite par une rigidité de courbure seule, qui est mesurée pour des films dans
différentes phases. En particulier, l'effet de la renormalisation de la rigidité de courbure par l'élasticité lorsque
le film s'apparente à un réseau bidimensionnel connecté a été mis en évidence. En complément de
mesures de fluctuations de surfaces de solutions ioniques, nous avons montré que l'excès de concentration en ions au
voisinage de la surface peut être mesuré par des expériences de fluorescence de rayons x et d'ellipsométrie.
Cette mesure est essentielle pour comprendre les origines de la variation de la tension de surface, et plus
généralement pour expliquer la spécificité des ions de la série de Hofmeister.
Résumé en anglais :
The structure of liquid-vapour interfaces is investigated in this thesis. Different kinds of surfaces have been examined in
order to determine the influence of each component of molecular interactions on the physical properties of these
surfaces. The height-height fluctuation spectrum of different bare liquid-vapour surfaces has been determined by x ray
diffuse scattering. These measurements show that the capillary-wave model fails at small length scales (wave-vector >
108 m-1). The problem of the small scale structure can be addressed by considering corrections to the surface energy
through an effective momentum-dependent surface energy. We show that the momentum-dependent surface energy first
decreases from its macroscopic value and then increases with increasing wave vector. The agreement with a theory
proposed by K. Mecke and S. Dietrich is excellent. We then turned to fatty acid films at the water-air interface: a
bending energy is sufficient to describe the whole momentum-dependent surface energy. It has been measured for films
in various phases. The particular case of a polymerized monolayer has been in particular investigated, and a coupling
between height fluctuations and in-plane phonons have been evidenced. Surfaces of ionic solutions have also been
investigated: height fluctuations spectrum has been measured. In addition, x ray grazing incidence fluorescence and
ellipsometry experiment have been performed in order to measure the adsorption of ions. Knowing this excess is
essential to understand the origins of surface tension's variation when salts are added, and to explain ion specificity and
the Hofmeister effect.
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