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Les propriétés cristal-liquides des suspensions d’argiles nontronites


Les propriétés cristal-liquides des suspensions d'argiles nontronites
Si la très grande majorité des cristaux liquides sont constitués de substances organiques, il existe néanmoins quelques exemples de cristaux liquides minéraux. Il s’agit de suspensions de nanoparticules, en forme de bâtonnets ou de plaquettes, dans un solvant. La grande famille des argiles naturelles représente un bon candidat à l’observation de propriétés cristal-liquides, ainsi que l’avait deviné le savant américain Irving Langmuir dès 1938. Toutefois, les suspensions d’argiles dans l’eau ont également une très forte propension à former des gels et ne sont alors plus fluides. Ce phénomène masque complètement les propriétés cristal-liquides, rendant ainsi toutes les argiles étudiées à ce jour inutilisables pour tout dispositif d’affichage, malgré les efforts de nombreux scientifiques. Récemment, une équipe pluri-disciplinaire, composée de géochimistes et de physiciens, a découvert des suspensions fluides d’une argile naturelle, la nontronite, qui présentent des propriétés cristal-liquides (Figure 1). Ces propriétés permettent, par exemple, d’aligner dans la même direction toutes les nanoparticules d’argiles en suspension, à l’aide d’un petit champ magnétique, et de les manipuler à loisir (Figure 2). Un tel phénomène ouvre la voie à la mise au point de nouveaux matériaux composites et de dispositifs électro-optiques moins onéreux. De plus, l’auto-orientation des plaquettes d’argile détermine en grande partie les propriétés d’écoulement de ces suspensions colloïdales. Ces écoulements peuvent être soit catastrophiques, comme dans le cas des boues torrentielles, soit mis à profit lors de la conception de fluides « complexes » industriels. En fait, cette propriété d’alignement est très générale dans le monde des argiles.
nontronite1
nontronite2
Figure 1 :
Photographie d’un flacon contenant une suspension aqueuse d’argile nontronite, placé entre polariseurs croisés. Cet échantillon illustre la coexistence de la phase cristal-liquide, lumineuse, en bas, et la phase liquide ordinaire, sombre, en haut.
Figure 2 :
Photographie, par microscopie en lumière polarisée, d’un échantillon d’une suspension d’argile nontronite soumis à la réorientation brutale de 90° d’un champ magnétique. La suspension répond à cette perturbation en développant une configuration en « zig-zag » (traits blancs) des orientations des plaquettes d’argile.

 

Proceedings of the national Academy of the USA (PNAS),

Early Edition : http://www.pnas.org/papbyrecent.shtml

 

Auteurs et institutions :

Laurent J. Michot1, Isabelle Bihannic1, Solange Maddi1, Sérgio S. Funari2, Christophe Baravian3, Pierre Levitz4, Patrick Davidson5.

  1. Laboratoire Environnement et Minéralurgie Nancy University CNRS-INPL UMR 7569 BP40 54501 Vandœuvre Cedex France.
  2. HASYLAB. NotkeStrasse 85, D-22603, Hamburg, Germany.
  3. Laboratoire d’Energétique et de Mécanique Théorique et Appliquée Nancy University UMR 7563 CNRS-INPL-UHP, 2, Avenue de la Forêt de Haye, BP160 54504 Vandœuvre Cedex, France.
  4. Laboratoire de Physique de la Matière Condensée UMR 7643 CNRS-Polytechnique Ecole Polytechnique 91128 Palaiseau Cedex, France
  5. Laboratoire de Physique des Solides UMR 8502 CNRS-Université Paris-Sud Bât 510 91405 Orsay Cedex France.

 

Contacts :

Laurent J. Michot, tél : 03 83 59 62 94, e-mail : Laurent.Michot@ensg.inpl-nancy.fr
Patrick Davidson, tél : 01 69 15 53 93, e-mail : davidson@lps.u-psud.fr
Pierre Levitz, tél : 01 69 33 47 02, e-mail : levitz@pmc.polytechnique.fr