Quand les rayons X révèlent les déformations intimes des matériaux lamellaires
Dans notre environnement nous trouvons de nombreux types de matériaux lamellaires, entre les polymères lamellaires, les membranes biologiques quand elles se superposent ou les cristaux liquides smectiques. Ils sont régis par une même expression de l’énergie libre qui en général évite toute dilatation ou contraction des couches lamellaires par rapport à leur distance inter-couche d’équilibre.
Des scientifiques de l’INSP ont déformé des cristaux liquides smectiques pour leur faire adopter une géométrie cylindrique où les couches tournent sur 90°. Ils ont mesuré la distance inter-couche en fonction de l’angle de rotation sur la ligne SIXS du synchrotron Soleil. L’équipe a ainsi montré que les couches les plus proches du centre de courbure, caractérisées par un petit rayon de courbure, se dilatent par rapport à des couches plates. En collaboration avec des collègues de l’université de Pennsylvanie aux USA, ils ont montré qu’il faut donc modifier l’énergie libre phénoménologique habituellement utilisée pour interpréter cette observation. Les scientifiques prédisent alors une dilation qui augmente avec l’inverse du carré du rayon de courbure en parfait accord avec les résultats expérimentaux.
Ce résultat suggère que cette dilatation est un phénomène général qui pourrait affecter nombre de propriétés des couches lamellaires les plus déformées, y compris pour les couches biologiques.
Légende : (a) Modèle schématique des couches smectiques empilées pour former un réseau d’hémicylindres (b) Diffusion des couches smectiques déformées au sein des hémicylindres avec a qui est l’angle de la normale aux couches par rapport au substrat. Les couches smectiques tournent sur 90° de telle sorte qu’on peut suivre la distance inter-couche (d) quand a varie par la mesure de q, le vecteur de transfert (q = 2π/d) (c) Mesure de q (et donc de d) quand a varie entre 40° et 90°. On observe que q est plus petit quand les couches tournent (a entre 40° et 85°) que quand elles sont plates (a = 90°), donc d est plus grand, il y a une dilatation des couches qui tournent.
Référence
“X-Ray Diffraction Reveals the Consequences of Strong Deformation in Thin Smectic Films: Dilation and Chevron Formation”
Niyonzima, JD; Jeridi, H; Essaoui, L; Tosarelli, C; Vlad, A; Coati, A; Royer, S; Trimaille, I. Goldmann, M; Gallas, B; Constantin, D; Babonneau, D; Garreau, Y; Croset, B; Kralj, S; Kamien, RD; Lacaze, E.
Physical Review Letters, 2025
