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Imagerie des contraintes de frottement

Friction is one of the most longstanding problems in Physics. One of the major origins of the complexity of this problem comes from the roughness of the contacting surfaces. When macroscopic bodies are pressed together, contact only occurs at localized spots between surface asperities. Friction thus involves the shearing of a myriad of micro-contacts which are distributed over length scales ranging from micrometers down to nanometers. Although widely debated, the manner in which these (...)

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High frequency linear rheology of complex fluids measured from their surface thermal fluctuations

Reference : Basile Pottier, Allan Raudsepp, Christian Frétigny, François Lequeux, Jean-François Palierne and Laurence Talini, J. Rheol 57, 441 (2013).
A new contactless method to characterize the linear viscoelastic properties of complex fluids. We have developed an optical technique that measures the surface fluctuations of a free surface. Elastic and loss moduli of complex fluids are inferred from the measured power spectrum density of thermal noise, with the implicit use of Kramers-Kronig (...)

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Une nouvelle technique pour mesurer des propriétés rhéologiques jusqu’à 10 kHz

La gamme de fréquences accessible en rhéomètrie conventionnelle est limitée : des mesures aux fréquences supérieures à environ 10Hz sont un enjeu expérimental. Il est toutefois crucial de pouvoir caractériser les propriétés hautes fréquences de milieux viscoélastiques. En effet, les temps caractéristiques de ces milieux s’étendent sur plusieurs ordres de grandeur en raison des échelles de taille multiples de leur structure. Nous mesurons les propriétés rhéologiques de milieux allant des liquides complexes (...)

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Nano-hybrid self-crosslinked PDMA/Silica hydrogels

We have developed a simple synthetic strategy to obtain highly extensible and yet mostly elastic nano-composite ‘self-crosslinked’ hydrogels. We discovered that the free radical polymerization of N,N-dimethylacrylamide in water can lead, above a certain concentration, to gels without any added difunctional cross-linker. These so called “self-crosslinked” hydrogels were prepared and their weak mechanical properties were improved by introducing silica nanoparticles.
The ‘self-crosslinked’ gels (...)

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Adhésifs nanostructurés

Les adhésifs sensibles à la pression élaborés à partir du séchage d’émulsions aqueuses permettent une nanostructuration "naturelle" à l’échelle de la particule de latex Nous avons développé en collaboration avec deux équipes anglaises, un nanocomposite entièrement souple ou nous varions de façon contrôlée la répartition spatiale de zones plus ou moins réticulées. Ce type de structure forme un réseau percolant plus réticulé qui encapsule des coeurs de particules moins, voire non réticulés et très (...)

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Contact of a spherical probe with a stretched rubber substrate

In a recently published paper, we report on a theoretical and experimental investigation of the normal contact of stretched neo-Hookean substrates with rigid spherical probes. Starting from a published formulation of surface Green’s function for incremental displacements on a pre-stretched, neo-Hookean, substrate (L.H. Lee \textitJ. Mech. Phys. Sol. \textbf56 (2008) 2957-2971), a model is derived for both adhesive and non-adhesive contacts. The shape of the elliptical contact area together (...)

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Comment former des grains sphériques en atomisant une suspension colloïdale ?

Les poudres de nanoparticules se dispersent facilement dans l’air ce qui pose des problèmes de manutention en particulier pour des raisons de toxicité des particules inhalées. Une solution courante est de mettre les nanoparticules en suspension puis de former des grains par atomisation. L’atomisation consiste à a injecter la suspension dans un flux d’air chaud afin de former des gouttes puis de les sécher pour obtenir des grains. Un problème rencontré dans ce procédé est que la forme des grains (...)

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Secousses intermittentes à la surface d’une suspension colloïdale vitreuse

En mesurant les fluctuations thermiques de la surface d’une phase colloïdale vitreuse, nous avons mis en évidence des intermittences dans la dynamique de vieillissement de cette phase.

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Un polymère hydrophile peut être non mouillant !

Nous avons étudié le mouillage d’une goutte d’eau sur un substrat recouvert de polymère hydrophile, le PDMA, polydimethylacrylamide. Nous avons combiné des mesures d’angle de contact et des mesures de l’hydratation du film par microscopie confocale Raman, en collaboration avec le laboratoire d’Optique de l’ESPCI. Ainsi, nous avons montré qu’un polymère, même hydrophile et bien soluble dans l’eau, est très non mouillant lorsqu’il est sec : l’angle de contact peut atteindre 90° sur un polymère hydrophile (...)

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Stiction d’élastomères dans des contacts en torsion

La rupture sous cisaillement - ou stiction- d’une interface adhésive verre/silicone a été étudiée par une nouvelle approche fondée sur la torsion de contacts. Une sphère en verre en contact macroscopique avec le substrat de silicone est soumise à un mouvement de torsion. La rupture de l’adhésion met en jeu le développement progressif d’une zone de microglissement à partir de la périphérie du contact. Au moyen d’un marquage de la surface du PDMS, les champs de déplacement sont mesurés aux différents stades (...)

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Effet de la dispersion des charges sur les propriétés des élastomères renforcés

Dans les élastomères renforcés, l’état de dispersion des charges est un des facteurs clé du comportement mécanique. C’est ce que nous avons pu montrer grâce à la synthèse d’échantillons modèles ayant tous exactement la même physico-chimie mais des états de dispersion très différents.
Les élastomères renforcés sont couramment utilisés dans l’industrie du pneumatique. L’ajout de charges (noir de carbone, silice etc.) dans une matrice élastomère améliore en effet considérablement les propriétés du matériau : (...)

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Comment bout un liquide émulsifié dans une phase moins volatile ?

Nous avons étudié le comportement de pentane émulsifié dans un fluide à seuil (une suspension aqueuse d’argile colloïdale) et porté à une température supérieure à sa température d’ébullition, qui est de 36°C. Dans ces conditions, à plus de 50°C au dessus de sa température d’ébullition, le pentane ne bout pas ! L’état métastable ainsi atteint (analogue au phénomène de surfusion, plus connu mais impliquant des différences de température moindres) résulte de l’émulsification du pentane, qui permet de supprimer la (...)

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Point de vue : Some issues in rubber nanocomposites : new opportunities for silicone materials

This paper focuses on some issues regarding rubber nanocomposites especially silicone rubbers. An outstanding affinity of carbon nanotubes towards poly(dimethylsiloxane) (PDMS) has been observed. The reinforcing effect of carbon nanotubes is much more important than that imparted by in situ generated silica particles well known to lead to significant improvement in the mechanical properties of the elastomeric matrix.The high aspect ratio of carbon nanotubes allows the formation of a (...)

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Effet de pression osmotique pour l’étalement et le séchage de gouttes d’eau sur des films minces de polymères

Nous avons étudié l’étalement de gouttes d’eau sur wafers de silicium recouverts par un fin revêtement polymère (quelques centaines de nanomètres). Nous avons utilisés des polymères neutres et deux types de polymères chargés : des polyélectrolytes, comprenant un seul type de charges et les polymères zwitterioniques dont les monomères comportent 2 charges opposées. Nous avons vu que lors de la phase d’étalement, la présence de sel dans le revêtement polymère accélère la dynamique quelque soit le polymère (...)

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Tunable and Reversible Aggregation of poly(ethylene oxide-st-propylene oxide) grafted Gold Nanoparticles.

Ces dernières années, les nanoparticules d’or fonctionnalisées ont reçu un intérêt croissant dans de nombreux domaines pluridisciplinaires notamment à l’interface entre la chimie des nanomatériaux hybrides et le domaine biomédical. Dans cette optique, des polymères stimuli répondants biocompatibles, poly(oxyde d’éthylène-st-oxyde de propylène) poly(EO-st-PO), ont été greffés à la surface de nanoparticules d’or (AuNPs).
Deux polymères amphiphiles terminés amine, M600 et M1000, avec des ratio EO/PO différents, (...)

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Non linear rheology of model filled elastomers

Aurélie Papon, Hélène Montes, François Lequeux and Laurent Guy

Submitted to large sinusoidal strains, filled elastomers show not only a decrease in their storage modulus - the Payne effect, but also a non linear behavior - their response is not sinusoidal anymore and involves strain-stiffening. We show in this study that the two effects can be separated thanks to Large Amplitude Oscillatory Shear experiments.
The introduction of solid particles such as silica or carbon black in elastomer matrix is a very standard procedure in the tire industry. It (...)

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Analysis of 2D relaxation exchange NMR

Two-dimensional (2D) relaxation exchange NMR is a form of 2D nuclear magnetic resonance (NMR) where molecular motion and transport are mapped by relaxation exchange...

Volume changes in a filled elastomer studied via digital image correlation

Reference : de Crevoisier, J. ; Besnard, G. ; Merckel, Y. ; Zhang, H. ; Vion-Loisel, F. ; Caillard, J. ; Berghezan, D. ; Creton, C. ; Diani, J. ; Brieu, M. ; Hild, F. ; Roux, S. Polymer testing 2012, 31, 663-670.
Volumetric strains in a filled SBR specimen subjected to cyclic uniaxial tension with increasing extensions are studied. Digital image correlation is used to follow the kinematics of two orthogonal free faces. A volume expansion is observed past a critical elongation, which can be (...)

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Particules déformables pour stabiliser et déstabiliser des émulsions

We have synthesized and used thermoresponsive microgels of PNIPAM to stabilize oil/water emulsions. The particles have a well-defined diameter equal to 800 nm at ambiant temperature and shrink down to a diameter of 400 nm at 40°C. Indeed, water is expulsed from the particles as the PNIPAM chains switch from good to bad solvent conditions. We found that emulsions are stable below 32°C, which corresponds to the LCST of PNIPAM chains but above this temperature, the emulsions spontaneously (...)

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Fracture fragile d’un fluide viscoélastique qui s’écoule dans une goutte pendante

Bien que la théorie de la mécanique de la fracture fut initialement fondée sur la transformation réversible d’énergie mécanique en énergie de surface, dans la plus part des cas concrets, la forte concentration de contraintes dans la région de la pointe de fissure comporte l’activation de mécanismes de dissipation qui ont un poids dominant dans le bilan énergétique de propagation de la fissure. Cette dissipation est à l’origine de l’irréversibilité de la fracture et de la forte dépendance en vitesse de (...)

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Comment retarder les transferts au sein d’une émulsion ?

Une émulsion est par exemple constituée de gouttes d’huile dans de l’eau. Un des mécanismes de déstabilisation d‘une émulsion résulte du transfert de la phase émulsifiée (par exemple l’huile) vers la phase continue (par l’exemple l’eau). Il est connu qu’une façon de retarder ce transfert est d’ajouter à la phase émulsifiée un composant, miscible et dont la solubilité dans la phase continue est moindre. Le transfert du composé le plus soluble est alors retardé, car du point de vue de l’entropie, il devient (...)

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Fracture par cavitation dans des élastomères modèles

A new methodology to investigate the failure of elastomers in a confined geometry has been developed and applied to model end-linked polyurethane elastomers. The elastomers fail by the growth of a single cavity nucleated in the region of maximum hydrostatic stress. Tests carried out at different temperatures show that the critical stress at which this crack grows is not proportional to the Young’s modulus E but depends mainly on the ratio between the mode I fracture energy GIC and E. (...)

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Condensation capillaire dans les milieux confinés

We review here the physics of capillary condensation of liquids in confined media, with a special regard to the application in nanotechnologies. The thermodynamics of capillary condensation and thin film adsorption are first exposed along with all the relevant notions. The focus is then shifted to the modelling of capillary forces, to their measurements techniques (including SFA, AFM and crack tips) and to their influence on AFM imaging techniques as well as on the static and dynamic (...)

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Comment s’hydrate une couche à l’avant de la ligne de contact avançante d’une goutte de solvant volatile

The wettability of coatings is very sensitive to the amount of solvent they may contain. When a droplet of volatile solvent, such as water, is deposited on a substrate, its vapor may quickly condensate just ahead of the contact line. We give an estimation of the extent of solvent uptake by a coating of variable thickness e, in front of an advancing contact line of given velocity U. Depending on the values of e and U, we observe three regimes : at low velocity and for a thin coating, the (...)

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Le Journal “Soft matter” a publié ce synopsis concernant nos travaux sur les mousses d’emulsions photostimulables dans sa rubrique « Hot Articles »

A team of French scientists have developed a method for controlling the amount of foam. The system uses light and temperature as stimuli for controlling foamability of an emulsion. The foamability could be decreased upon heating, completely stopped under UV irradiation and recovered upon cooling, leading to bi-stimulable emulsion foaming.
The applications of foams are widespread and they are found in many fields ranging from food industry to detergency and oil recovery. This system shows (...)

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Ecole d’été PHASME 2016 : inscrivez-vous vite !

Du 8 au 20 août prochain se tiendra à l’Institut d’études scientifiques de Cargèse en Corse l’école d’été : PHASME, "Physics and Mechanics of Soft Complex Materials". Portée par le Laboratoire SIMM dans le cadre des réseaux MePhy et I2CAM, cette école réunira de nombreux spécialistes du monde entier autour des phénomènes qui se produisent à la frontière entre Physique et Mécanique.
Comment un matériau se brise, mécanique non linéaire et instabilités, matériaux organisés à plusieurs échelles (atomique et (...)

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Comment trier des nanoparticules en utilisant l’évaporation ?

We studied the evaporation of sessile droplets containing mixtures of colloids and found that small colloidal particles always segregate at the contact line (Figure 1a). The mechanism is the following : evaporation is very fast at the contact line (shown by Deegan and coworkers in 2000) so a compensating hydrodynamical flow drives particles from the center of the drop to its periphery -it is known as the coffee-stain effect. In the case of mixtures of colloids, the large particles are (...)

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Quel angle de contact pour une goutte en mouillage total mais s’évaporant

What contact angle for a droplet in total wetting under evaporation
The dynamics of a contact line under evaporation and total-wetting conditions is studied taking into account van der Waals interactions and the divergent nature of evaporation near the border of the liquid . The existence of a precursor film at the edge of the liquid is shown analytically and numerically. Its length is controlled by the Hamacker constant and evaporative flux. Past the precursor film, Tanner’s law is (...)

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Etude de la dynamique des chaînes polymère dans des nanocomposites par RMN

Dans les élastomères renforcés, la présence de particules solides modifie la dynamique des chaines de polymère. Grâce à une étude en RMN solide à bas champ, nous avons pu mesurer la quantité de polymère ralenti par la présence des charges.
Les élastomères renforcés sont couramment utilisés dans l’industrie du pneumatique. L’ajout de charges (noir de carbone, silice etc.) dans une matrice élastomère améliore en effet considérablement les propriétés du matériau : augmentation du module élastique, meilleure (...)

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Distribution de pression et de cisaillement dans un contact frottant avec un élastomère

Par imagerie de contact, nous avons déterminé la distribution du cisaillement et de la pression au sein d’interfaces frottantes entre un élastomère et une surface de verre. Dans ce but, nous avons mesuré le déplacement induit par le frottement d’une lentille de verre à la surface d’un substrat de silicone (PDMS). Les distributions correspondantes du cisaillement interfacial et de la pression de contact sont obtenues par inversion de ce champ de déplacement. Les valeurs élevées de déformations (...)

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Une formule analytique simple pour estimer les forces capillaires entre contacts mouillants de taille nanométrique

Quand on descend vers des très petites échelles spatiales, les effets de surface deviennent prépondérants. C’est ainsi que la condensation capillaire, résultante de l’effet des surfaces sur le diagramme de phase d’un fluide, est un phénomène très répandu à l’échelle nanométrique et affecte toute les géométries confinées : milieux divisés, fissures, contacts entre surfaces, ... Par leur très grande intensité, induite par la forte courbure des ménisques, les forces capillaires dominent souvent sur les autres (...)

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Pompage de tensioactifs d’une interface et écoulements de surface contrôlés par la lumière

Nous avons synthétisé au laboratoire un tensio-actif photo-stimulable, dont la queue hydrophobe comprend un groupement azobenzène, qui change de conformation suivant la longueur d’onde à laquelle il est exposé (cf Fig 1). Sous lumière UV, la molécule est majoritairement sous forme cis tandis que sous bleu la forme trans domine.
En changeant la composition de la solution grâce à la lumière, il est possible de contrôler la tension de surface, celle-ci est abaissée lorsque l’on enrichit la solution en (...)

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Mesures de fluctuations de surface libre avec deux faisceaux

Nous avons montré récemment qu’il était possible de caractériser la viscoélasticité linéaire de milieux complexes en mesurant les fluctuations de la surface libre de ces milieux. Les avantages sur d’autres techniques sont nombreux : les déformations en jeu sont extrêmement faibles, la gamme de fréquence est très large (environ 0,1Hz à 10 kHz), la technique est non invasive et, enfin, elle peut être appliquée à des liquides comme à des solides mous. Le principe de la technique est de mesurer les fluctuations (...)

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Gradients de transition vitreuse dans les nanocomposites polymères/silice : mise en evidence par RMN et calorimétrie.

The slowing-down of the dynamics of a polymer chain near a surface has been observed for many years now. Here we show that the behavior of model nanocomposites can be quantitatively described with a gradient of glass-transition temperature. We describe with a single parameter—the range of this gradient—the temperature and solvent effect on the spin relaxation dynamics. Moreover, this parameter allows a quantitative description of the nanocomposite calorimetric response from the one of the (...)

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Comment la dissipation dans les pneus de voiture (l’effet Payne) est contrôlée par le ralentissement du polymère autour des particules renforçantes ?

Abstract : The reinforcement of elastomers by inorganic fillers, a concept of very high technological importance, is commonly understood to result from the presence of a mechanical network of partially aggregated filler particles. The non-linear mechanical properties, in particular the decrease of the modulus at high strain (Payne effect), are further interpreted to be a consequence of the breakdown of this filler network. There are, however, many open questions concerning the actual (...)

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Instabilités de frottement à l’interface entre un élastomère et une surface patternée

Nous avons mis en évidence l’existence d’hétérogénéités de glissement en régime de frottement saccadé au sein d’un contact entre un élastomère et une lentille de verre patternée. Au moyen d’un procédé so-gel, la surface d’une lentille en verre a été décorée d’un réseau régulier de rides de dimensions micrométriques (hauteur 0.35 microns, pas 1.6 microns). Des expériences de frottement avec un élastomère silicone (PDMS) conduisent à l’apparition d’instabilités de frottement sur trois ordres de grandeur de vitesse (...)

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Reversible adhesion between a hydrogel and a polymer brush

Reference : 1. Sudre, G. ; Olanier, L. ; Tran, Y. ; Hourdet, D. ; Creton, C. Soft Matter 2012, 8, (31), 8184 - 8193.
We have developed a new experimental methodology to investigate the adhesive properties of hydrogels on solid surfaces under fully immersed conditions. The method, based on contact mechanics, provides time-resolved reproducible and quantitative data on the work of adhesion between a hydrogel at swelling equilibrium and a planar surface grafted with responsive brushes. We (...)

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Nanocavitation in Carbon Black Filled Styrene–Butadiene Rubber under Tension Detected by Real Time Small Angle X-ray Scattering

Reference : Zhang, H. ; Scholz, A. K. ; de Crevoisier, J. ; Vion-Loisel, F. ; Besnard, G. ; Hexemer, A. ; Brown, H. R. ; Kramer, E. J. ; Creton, C. Macromolecules 2012, 45, (3), 1529-1543.
Nanocavitation was detected for the first time in carbon black filled styrene–butadiene rubber (CB-SBR) under uniaxial loading by real time small-angle X-ray scattering (SAXS) using synchrotron X-ray radiation. A three phase model was developed to calculate the void volume fraction from the scattering (...)

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Rupture en cisaillement et frottement d’adhésifs biomimétiques

En collaboration avec M. Sitti (Univ. Carnegie Mellon) et N. Pugno (Univ. Trento), nous avons étudié la rupture sous cisaillement et le frottement d’adhésifs bio-mimétiques constitués de réseaux de micro-fibrilles d’élastomère terminées par des spatules (’mushroom tips’). Par des observations microscopiques in-situ de contacts formés entre l’adhésif et une lentille de verre, nous avons mis en évidence deux mécanismes successifs lors de la rupture en cisaillement : (i) la cavitation puis le pelage des (...)

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De nouvelles molécules pour stabiliser des émulsions multiples

(Laboratoire SIMM-ESPCI, collaboration CEA-LIONS)

Avec nos collègues du CEA-Iramis-LIONS, nous avons mis au point un émulsifiant suffisamment flexible pour stabiliser à lui seul une émulsion « multiple », dans laquelle deux liquides immiscibles, eau et huile, alternent en tant que contenus et contenants. En jouant sur l’environnement de l’émulsion – pH, température – il est possible de déstabiliser l’émulsion de manière à libérer une molécule encapsulée et bénéficier de ses propriétés.
La simplicité du concept, en termes de fabrication et de (...)

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Des tensioactifs intelligents pour des bulles et des mousses contrôlables avec la lumière

Les mousses et les bulles de savon (tensioactif) sont éphémères et il est très difficile de prédire et contrôler leur durée de vie. Pourtant, selon les applications, il est nécessaire de contrôler cette durée de vie : des mois comme pour les mousses au chocolat dans un grand magasin, quelques minutes pour une mousse de shampooing. Parfois, on cherche à se débarrasser des mousses comme par exemple dans les stations d’épuration où de grandes quantités de mousses sales doivent être détruites avant de (...)

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Glass Transition Distribution in Miscible Polymer Blends : from Calorimetry to Rheology

Reference : Peiluo SHI, Régis SCHACH, Etienne MUNCH, Hélène MONTES, and François LEQUEUX, to appear in Macromolecules. DOI : 10.1021/ma400417f
At their glass transition, simple liquids and polymers exhibit a broad spectrum of relaxation -with a width of more than 4 decades in time. Blends of miscible polymers exhibit even broader relaxation spectrum. Here, we assume that a blend can be considered as an ensemble of domains of various local glass transition temperatures. Using calorimetric (...)

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How soft interactions promote the welding of gold nanoparticles ?

In collaboration with S. Laza and B. Palpant (LPQM, Ecole Centrale Paris) and C. Sicard-Roselli (LCP, Université Paris Sud), we report the formation of micrometric length gold nanowires by selective self-organization and cold welding of gold nanorods in water induced by poly(ethylene oxide-st-propylene oxide) copolymers. By monitoring the fast kinetics of UV-vis spectrum, we have put in evidence the end-to-end assembling of gold nanorods in water induced by the addition of the copolymer (...)

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Time Dependence of Dissipative and Recovery Processes in Nanohybrid Hydrogels

Reference : Séverine Rose , Alexandre Dizeux , Tetsuharu Narita , Dominique Hourdet , and Alba Marcellan in Macromolecules. DOI : 10.1021/ma400447j
The strain rate effect on large strain dissipation and behavior recovery are presented to understand the toughening effect of silica nanoparticles in nano-hybrid hydrogels. Such nano-hybrid gels combine a poly(N,N-dimethylacrylamide) (PDMA) covalent network and physical interactions by strong adsorption of polymer chains at the silica (...)

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Encapsulation de parfum avec des multicouches de polymères

Encapsuler le parfum permet de le protéger par une fine membrane polymère et de libérer l’odeur de manière progressive. Par exemple, lorsque nous lavons nos vêtements, ils sentent une odeur de ‘frais’. Si l’on veut que cette odeur perdure, il faut encapsuler le parfum afin que l’odeur soit relarguée continûment à travers la membrane. Or le parfum est composé de très petites molécules qui ont tendance à traverser la membrane trop rapidement. Des chercheurs du laboratoire, en partenariat avec Givaudan, une (...)

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Comment mouiller un polymère soluble par une goutte de solvant ?

Le travail de these de Julien Dupas vient d’être publié dans Langmuir (“Dynamic Wetting on a Thin Film of Soluble Polymer : Effects of Nonlinearities in the Sorption Isotherm” by Julien Dupas, Emilie Verneuil, Marco Ramaioli, Laurent Forny, Laurence Talini, and Francois Lequeux
DOI : 10.1021/la402157d (http://dx.doi.org/10.1021/la402157d)
Résumé : La dynamique du mouillage d’un substrat soluble par une goutte de solvant est reliée à l’amplitude des flux de solvant dans le substrat. Dans le cas d’un (...)

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Dynamique lente et secousses intermittentes dans des systèmes vitreux mous

T. Kajiya et al., à paraître dans Soft Matter.
Nous avons mesuré la dynamique des fluctuations de surface libre d’émulsions d’huile dans l’eau. Les gouttelettes d’huiles sont colloïdales et quand leur fraction volumique atteint ou dépasse la fraction volumique d’un empilement compact désordonné, l’émulsion vieillit. Nous avons utilisé une technique optique développée au laboratoire pour mesurer les fluctuations de la surface libre d’une émulsion lors de son vieillissement. Nous avons ainsi mis en évidence (...)

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Frottement local d’interfaces multicontacts avec des élastomères.

Dans un article à paraître dans EPL, nous discutons de la loi de frottement local de contacts rugueux formés entre un élastomère lisse et des surfaces rugueuses statistiques. La mesure des champs de déplacements en surface de l’élastomère nous a permis, après inversion, de déterminer les champs de cisaillement et de pression au sein du contact avec une résolution de l’ordre de la dizaine de micromètres. Nous montrons le caractère non-coulombien du frottement local dans de telles interfaces (...)

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La transition vitreuse accélère l’étalement de gouttes de solvant sur des polymères solubles !

La formation de grumeaux lorsque l’on tente de dissoudre une poudre est une expérience courante dans la vie quotidienne ou les processus industriels, mais ses causes sont encore mal comprises. Dans le cadre de la thèse de Julien Dupas, et en collaboration avec des chercheurs du centre de recherche Nestlé de Lausanne, des chercheurs du laboratoire viennent de publier dans la revue Physical Review Letters des résultats permettant de comprendre le mouillage de substrats polymères solubles, qui (...)

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Frottement de surfaces rugueuses statisitiques modèles

Dans un article récemment paru dans Soft Matter, nous avons étudié le contact et le frottement de surfaces lisses avec des substrats texturés par des distributions statistiques de micro-aspérités sphériques. L’imagerie des contacts permet de déterminer la distribution de taille des micro-contacts et des pressions de contact. Ces résultats nous ont permis de discuter du rôle des interactions élastiques entre aspérités à différentes échelles et de valider le modèle de contact rugueux de Greenwood et (...)

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Notre travail publié dans Usine Nouvelle

Notre travail sur les capsules de parfum par multicouches de polymères publié dans ACS MacroLetters en Janvier 2015 vient d’être repris dans l’usine nouvelle. Ce travail avec Givaudan avait permis de produire des capsules de parfum en assemblant des couches de polymeres et montré que la rigidité des capsules dépend des interactions entre les couches de polymères.

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La forme d’une gouttelette de suspension après séchage est contrôlée par les interactions colloïdales

Dans un article récemment paru dans Soft Matter, nous avons étudié le séchage de gouttelettes de suspensions colloïdales. En utilisant un montage dit de caléfaction, où des gouttelettes lévitent sur leur propre vapeur d’eau (effet Leidenfrost), nous avons mis en évidence le lien entre les interactions colloïdales et la forme des granules finales obtenues par séchage de ces gouttelettes.
Ces résultats nous permettent de prévoir, à partir de mesures physicochimiques, les propriétés de séchage de (...)

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Aux origines du pouvoir collant des adhésifs mous

Dans un article récemment paru sur Soft Matter [1] nous avons étudié la nature de l’exceptionnelle capacité collante des adhésifs mous et viscoélastiques (le classique scotch de bureau). En particulier, leur grande résistance au pelage sur une variété de substrats s’explique en combinant leur nature très molle et viscoélastique à l’effet de confinement induit par la présence d’un dos rigide. Ces propriétés résultent dans la tendance à développer systématiquement des fibrilles supportant des très grandes (...)

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Les propriétés des liquides près d’une surface solide révélées par leurs propres fluctuations thermiques

Que deviennent les propriétés des liquides à proximité d’une paroi solide ? Aux échelles moléculaires, des effets surprenants ont été mis en évidence dans le passé. Parmi ceux-ci, un glissement du liquide à la paroi solide, ou au contraire la formation d’une couche immobile de quelques molécules près de la surface. Afin de proposer un nouvel éclairage de ces résultats contradictoires, nous avons étudié les propriétés de films liquides très minces étalés sur des solides. Pour cela, nous avons mesuré les (...)

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Des mousses gélifiées pour la décontamination de surfaces

Dans des applications comme le nucléaire, il est nécessaire de décontaminer des surfaces avec le moins de liquide possible, pour faciliter le traitement des déchets. Les mousses aqueuses, composées d’eau et de tensioactifs sont prometteuses, puisqu’elles contiennent un tensioactif au pouvoir détergent, beaucoup d’air et peu d’eau. Malheureusement, les mousses de tensioactifs classiques, une fois étalées sur une surface ont une durée de vie limitée. De plus, lorsqu’elles absorbent un liquide, cela tend (...)

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Mode de l’été - rayures ou carreaux ?

Comme chaque été , on hésite entre rayures et carreaux... Les gouttes d’eau font de même depuis trente ans : on ne sait pas très bien si sur une surface périodique, l’angle de reculée dépend des paramètres géométriques de la ligne qui supporte le bord de goutte (ce qui serait logique) ou - plus globalement - des paramètres géométriques de la surface elle-même (ce qui est plus proche des observations)...
Nous apportons un élément nouveau dans ce débat en étudiant des surfaces très anisotropes, qui (...)

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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

Le laboratoire SIMM vient de recevoir le prix de la recherche Jean Langlois pour ses travaux sur les fluctuations de surfaces libres, qui ont impliqué plusieurs membres du laboratoire. La remise du prix par aura lieu le mardi 9 février à 14h. Fondée en 1974, la fondation Langlois encourage et favorise la recherche scientifique et technique, qu’elle soit fondamentale ou appliquée.

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Quelles conséquences des hétérogénéités dynamiques dans la mécanique des polymères vitreux

Depuis une vingtaine d’année, les physiciens ont mis en évidence l’existence d’hétérogénéités dynamiques dans les verres dans leur régime de transition vitreuse. Cela signifie simplement qu’un verre peut être considéré comme un ensemble de domaines nanométriques ayant chacun un temps de relaxation très différent de celui de ses voisins. En collaboration avec S. Cantournet de l’école des Mines, de D.Long du LPMA/Lyon et d’A. Dequidt de l’Institut de Chimie de Clermont Ferrand, nous avons développé une méthode (...)

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On the cover of the Journal of Polymer Science Part B-Polymer Physics, 1 February 2016

Multiaxial mechanical behavior of aramid fibers and identification of skin/core structure from single fiber transverse compression testing

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Mouillage de polymères par leur solvant

La façon dont un liquide s’étale sur un solide (ou « mouillage ») a fait l’objet de nombreuses études mais le cas d’un solide soluble dans le liquide a été très peu étudié. Pourtant, le mouillage d’un substrat soluble constitue la 1ère étape de la dissolution d’une poudre par un liquide. Empêcher la formation de grumeaux, qui est un problème industriel mais aussi de la vie quotidienne, nécessite donc d’abord de comprendre comment un solide est mouillé par son solvant ! C’est ce qu’ont fait des chercheurs du (...)

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Projet ERC Advanced Grant sur la fracture des matériaux

Le European Research Council a publié le 21 avril les résultats de son appel d’offre ERC-Advanced grant 2015 et le projet de Costantino Creton et de l’équipe Soft Polymer Networks de notre laboratoire a été primé. C’est un projet de science fondamentale ambitieux portant sur l’utilisation de chimie innovante et de techniques optiques pour faire le lien entre la rupture moléculaire et la rupture des matériaux mous. Ce financement de 5 ans débutant le 1er septembre 2016 sera un parfait complément des (...)

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Le SIMM sur scène à PC-Focus 2016 et aux Chroniques Doctorales

Le laboratoire SIMM a répondu présent à l’édition 2016 de PC-Focus, événement rassemblant tous les acteurs de l’ESPCI Paris.
Cécile Monteux, chercheur CNRS, y a présenté ses travaux sur les mousses de gels pour la décontamination et les matériaux de construction, effectués en collaboration avec Saint-Gobain. Pascaline Hayoun et Corentin Trégouët, doctorants en 3ème année, ont participé à la première édition des chroniques doctorales. Ils ont ainsi proposé une vidéo de 90s donnant envie d’en savoir plus sur (...)

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Fracture et adhésion des matériaux mous - une revue toute chaude !

Les matériaux mous sont des matériaux avec un module de cisaillement très faible par rapport à leur module de compression et leurs forces de recouvrance élastique sont principalement d’origine entropique. Une faible concentration de liaisons fortes connecte les molécules formant un réseau qui empêche l’écoulement macroscopique.
L’état de l’art sur les mécanismes de rupture ou de décollement de ces matériaux mous est présenté dans un nouvel article de synthèse écrit par Costantino Creton et Matteo Ciccotti, (...)

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A new versatile route for polymer coatings with hydrogels

Hydrophilic polymer coatings that control and improve surface properties such as wettability, permeability, adhesion or friction properties are great of interest for materials, biology or medicine fields. Layer-by-layer (LBL) assemblies and polymer brushes are so far the most usual coatings. Hydrogel films go beyond and are real alternative to LBL and brushes as new stable and durable polymer coatings. They have the advantages of versatility : multiscale, multifunctional, simple but (...)

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Understanding silicate hydration from quantitative analyses of hydrating tricalcium silicates

Since Le Chatelier, it is well understood that Portland cement hydration is initiated by the dissolution of calcium silicate monomers in water, followed by the precipitation of less soluble layered calcium-silicate-hydrates (C-S-H), in which silicate ions condense to form short chains. However, despite two centuries of widespread applications and a century of detailed study, the molecular mechanisms behind the kinetic stages of hydration (that is, induction, acceleration and deceleration) (...)

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As recently published in Adv. Materials, a novel mode of gel toughening has been highlighted

By exploring original network topologies, phase-separated gels demonstrated advanced mechanical properties. Fracture systematically proceeded by crack bifurcation, unreported so far in gels.
Phase transition of covalently cross-linked gels entails a drastic volume-change that makes it difficult to reveal the role of phase transition on the mechanical toughening independently of the polymer concentration effect. To clear up this ambiguity, we have designed covalently cross-linked gels that (...)

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Pascaline Hayoun, reçoit la bourse l’Oréal Unesco Pour les Femmes et la Science

Pascaline Hayoun, docteur UPMC-Sorbonne Universités en physique des matériaux a soutenu sa thèse en septembre dernier au laboratoire SIMM et reçu un Prix L’Oréal-Unesco pour les Femmes et la Science pour ses travaux le 12 octobre dernier.

  • lire l’article de l’ESPCI

Drainage de couches minces d’hydrogels dans des contacts confinés

In a paper to appear in SoftMatter, we report on the poroelastic indentation response of hydrogel thin films geometrically confined within contacts with rigid spherical probes of radii in the millimeter range. Poly(PEGMA) (poly(ethylene glycol)) methyl ether methacrylate), poly(DMA) (dimethylacrylamide) and poly(NIPAM) (N-isopropylacrylamide) gel films with thickness less than 15 _m were grafted onto glass substrates using a thiol-ene click chemistry route. Changes in the indentation depth (...)

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Evitons les grumeaux : pourquoi les polymères de grande masse sont-ils si difficiles à solubiliser ?

In a paper recently published in Soft Matter, we elucidate the mysteries of lump formation : When a dry soluble polymer is put in contact with a large quantity of solvent, it swells and forms a transient gel, and eventually, yields a dilute solution of polymers. Everyday lab experience shows that when the molar mass is large, namely tens of times larger than entanglement mass, this dissolution process is slow and difficult and may require stirring. Here, in agreement with previous results, (...)

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La viscoélasticité linéaire de gels de collagène mesurée dans une grande gamme de fréquences.

Le collagène est un polymère biologique qui est le principal constituant des tissus des mammifères. Les molécules de collagène s’organisent en réseaux dont l’architecture (alignement, points de réticulation..) est spécifique à chaque tissu et lui confère des propriétés mécaniques propres. Il est donc crucial de mieux comprendre la structure de ces réseaux. Une façon sonder la structure du réseau à des échelles spatiales différentes consiste à mesurer leurs propriétés de viscoélasticité linéaire dans une (...)

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Embedding cobalt nanoparticles within carbon nanotubes improves their magnetic and dielectric properties

Obtaining stable metal nanoparticles is of high interest for various applications such as catalysis, batteries, supercapacitors and electro-magnetic devices. Cobalt / multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) hybrids with an original set of magnetic and electric properties were formed by casting Co nanoparticles (3–5 nm) of high aspect ratios within the internal space of MWCNTs. The magnetism of the cobalt nanoparticles was probed by 59Co internal field nuclear magnetic resonance (IF NMR) and (...)

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Film d’eau pressé entre de l’huile et un solide : drainage jusqu’à une stabilisation par la pression de disjonction

Que se passe-t-il quand une goutte d’huile immergée dans l’eau s’approche d’une surface solide ? Ce phénomène, rencontré fréquemment dans l’industrie pétrolière, est pourtant mal connu. Une équipe du PIC (laboratoire commun du SIMM et de TOTAL) a mis en évidence trois régimes successifs de collision, un régime purement hydrodynamique suivi de deux régimes contrôlés à la fois par l’hydrodynamique et les interactions à longue portée entre les interfaces eau-huile et eau-solide.
en savoir (...)

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One-step mixing preparation of pH and salt stimuli-responsive biocompatible W/O/W emulsions

Fine tuning of pH and ionic strength determines which types of emulsion will form among oil in water, water in oil and W/O/W multiple emulsions. Consequently, stimuli-responsive, biocompatible, stable W/O/W multiple emulsions with remarkable encapsulation rate are easily prepared by a one-step mixing method and using a single poly(dimethylsiloxane)-b-poly(2-dimethylamino)ethyl methacrylate) emulsifier. These multiple emulsions are promising platforms for designing drug delivery systems. (...)

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Fluctuations de surfaces libres ou comment mesurer les propriétés mécaniques et dynamiques des systèmes de la matière molle… sans les toucher !

Le prix d’instrumentation en chimie physique a été décerné à Laurence Talini, Christian Frétigny et François Lequeux, tous trois membres du laboratoire, pour leur travail sur les mesures de fluctuations thermiques de surface.
Créé en 2007 par la division de chimie physique commune à la société chimique de France et la société française de physique, ce prix récompense la personne ou l’équipe ayant réalisé une instrumentation innovante en chimie physique.
L’agitation thermique responsable du fameux (...)

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Role of Dynamical Heterogeneities on the Mechanical Response of Confined Polymer

Polymer near their glassy transition are known to exhibit dynamical heterogeneities. By “dynamical heterogeneities” one means that local relaxation times can vary of 4 order of magnitude from place to place in the sample, with a characteristic length scale of a few nanometer. Glassy polymer, when confined up to nanometric gaps, exhibits a mechanical relaxation that can be very different from the bulk one. This is very important for filled rubbers (used in tires for instance) where the (...)

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From aqueous silica dispersions to damp-proof porous materials

The hydrophobization of nanoparticles impacts their structuration in aqueous dispersions and how this structure resists drying stress. To understand and control this phenomenon, hydrophilic silica particles were hydrophobized directly in water using a range of organosilane precursors, with a precise control of the grafting density. The resulting nanostructure in water as well as its evolution during progressive drying was precisely analyzed by a combination of small-angle X-ray scattering (...)

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