Diffusion moléculaire d'un dopant hydrosoluble dans une phase lamellaire lyotrope - transition smectique - chlorestrique dans un mélange de molécules amphiphiles

Abstract

We studied the diffusion properties of an hydrophilic molecular probe in a lyotropic lamellar phase which is a strongly anisotropic medium. Two behaviours are observed while varying the dilution of the system: a dilute regime in which molecules diffuse in the aqueous medium restricted by two walls, and a confined regime in which molecules diffuse as membrane probes. A simple model taking into account the membrane fluidity allows us to interpret our results and to illustrate the crucial role of the probe anisotropy. In the second part of this work, we studied the microscopic mechanisms of the smectic – cholesteric phase transition in lyotropic liquid crystals. We studied a mixture of two amphiphilic molecules with different spontaneous curvatures (DMPC/C12E5/H2O). We unveiled the apparition of dislocation loops in the smectic phase when approaching the phase transition. This validates experimentally theoretical predictions implying the unbinding of this kind of defects as the mechanism mediating the phase transition. This system thus appears as a good experimental tool to study this kind of transitions which can occur in several fields of soft condensed matter. Finally, the direct visualization of the defects, the characterization of their structure and of their organization allows us to propose the existence of new phases in the field of lyotropic liquid crystals (biaxial smectic, TGB).

L’étude des propriétés de diffusion moléculaire d’un dopant dans une phase lamellaire orientée nous permet de mettre en évidence les caractéristiques de diffusion dans un milieux fortement anisotrope. En particulier, la variation continue de la dilution du système montre l’existence de deux régimes : un régime dilué où les molécules diffusent comme dans un solvant et un nouveau régime, très confiné, dans lequel les molécules diffusent comme des dopants membranaires. Le développement d’un modèle prenant en compte la fluidité des membranes nous permet d’interpréter ces résultats dans la majorité des cas et révèle l’importance de l’anisotropie des diffuseurs. Dans la seconde partie, nous nous intéressons à l’étude du mécanisme microscopique mis en jeu dans la transition smectique – cholestérique dans les cristaux liquides lyotropes. En utilisant un système déjà connu au laboratoire (DMPC/C12E5/H2O), nous validons expérimentalement le scénario de transition par débouclage de boucles de dislocations proposé théoriquement depuis plusieurs années. Nous proposons ainsi un système expérimental de choix pour l’étude de ce genre de transition, prédites dans différents domaines de la physique de la matière condensée. La visualisation directe des défauts, la mise en évidence de leur structure en boucle, l’observation de leur différentes organisations nous permet également de proposer l’existence de nouvelles phases dans le domaine des cristaux liquides lyotropes (smectique biaxe et phase TGB)