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Fluctuations de surfaces libres, ou comment les systèmes de la matière molle se révèlent par les fluctuations spontanées de leur surface

Les effets de l’agitation thermique dépendent des propriétés du système considéré. La mesure des fluctuations thermiques peut donc fournir un moyen de révéler certaines propriétés, par exemple mécaniques, sans aucune sollicitation extérieure. Cette idée est particulièrement intéressante pour des systèmes « mous » comme des gels ou des liquides viscoélastiques. Au laboratoire SIMM, nous avons fait le pari il y a une dizaine d’années de mettre au point une mesure simple des fluctuations de surface de systèmes de la matière molle. Nous utilisons un principe optique basé sur la déflection d’un faisceau laser réfléchi à la surface libre du matériau sondé. Les fluctuations de hauteur de la surface résultent en des fluctuations de position du faisceau, qui sont mesurées avec une photodiode. On peut ainsi détecter des vagues inférieures au nanomètre, et ce avec une dynamique temporelle très large. La technique développée rend possible la caractérisation des propriétés rhéologiques d’un milieu sans aucun contact avec celui-ci, ce qui ouvre un très large champ d’applications. A un niveau plus fondamental, la mesure des fluctuations de surface donne accès aux propriétés à l’échelle de quelques molécules de films liquides fortement confinés. Enfin, elle permet d’étudier la dynamique particulière des fluctuations de systèmes hors équilibre comme ceux proches de la transition vitreuse, pour lesquels le théorème fluctuation-dissipation ne s’applique pas.