Polarimétrie avec rotation dans le plan

Pour les échantillons dont les couches d’alignement ont été réalisées avec l’application d’un champ magnétique parallèle, il y aurait lieu de s’attendre à ce que cette analyse montre une variation périodique de l’intensité transmise du faisceau en fonction de la position an- gulaire d’un axe de la cellule par rapport à l’axe de l’analyseur, avec des valeurs minimales lorsque l’axe long de la cellule est parallèle ou perpendiculaire à l’axe de transmission de l’analyseur et maximales lorsqu’il est à 45°, indiquant que le traitement subi par la couche d’alignement entraîne une orientation des molécules de mésogène dans une direction com- mune qui comporte une composante parallèle à la surface. Dans le cas des autres échantillons, cette variation périodique n’est pas attendue puisque rien ne devrait normalement favoriser l’adoption d’une direction planaire uniforme par les molécules. En effet, si la matrice poly- mérique (voir la section 4.2.1 pour des précisions sur la matrice) entraîne les molécules à s’orienter perpendiculairement à la surface, le faisceau ne devrait percevoir aucune biréfrin- gence, tandis que si elle entraîne une orientation parallèle à la surface, les molécules devraient s’assembler en une multitude de domaines d’orientations variables en l’absence d’une force imposant une direction commune, et les variations d’intensité transmise devraient s’annuler mutuellement en moyenne pour la zone sondée. Le remplissage ayant cependant été réalisé par capillarité en phase nématique, il est à considérer qu’un alignement résiduel dû à cette manipulation puisse aussi se manifester.

Comme on peut le constater sur les graphiques 4.7, 4.13, 4.19 et 4.25, il existe pour tous les échantillons testés une variation d’intensité, dans certains cas très prononcée, dont la pé- riode est très régulière, et ce même pour les couches de polymère sans particules n’ayant reçu aucun traitement. Par ailleurs, les images prises en lumière polarisée montrent que pour tous les échantillons les molécules de mésogène se sont alignées de façon parallèle aux surfaces

4.4Analyse des résultats 83

(contrairement à ce qu’on pouvait observer pour l’échantillon non frotté de la figure 4.1), peu importe leur traitement. Cependant elles montrent aussi qu’aucun échantillon ne pos- sède un alignement uniforme, puisque des zones claires et sombres sont visibles simultané- ment sur les échantillons observés, alors qu’un échantillon uniformément aligné serait tota- lement clair ou sombre selon son orientation relativement aux polariseurs. On peut voir la figure 3.8 pour un exemple d’alignement uniforme et le graphique 3.10 pour un exemple de courbe idéale de transmission et d’extinction3_{. Les photomicrographies en lumière polarisée}

montrent d’ailleurs que les échantillons présentent tous une texture de schlieren, qui caracté- rise l’arrangement naturel des mésogènes nématiques lorsqu’ils sont placés entre des surfaces qui n’imposent pas d’axe azimutal privilégié aux molécules [6].

Dans ce contexte, il est possible que les oscillations périodiques de transmission lumi- neuse obtenues en polarimétrie, que l’on attend normalement pour des échantillons unifor- mément alignés, soient le reflet d’une tendance générale d’alignement non perceptible à l’oeil résultant du mode de remplissage de la cellule, les molécules pouvant retenir en partie une orientation parallèle à la direction de l’écoulement en l’absence d’une autre force d’aligne- ment suffisante. Le décalage moyen de 10°-15° entre la position de l’axe long de la cellule et le minimum d’intensité le plus proche confirmerait d’ailleurs cette hypothèse, puisque cet axe correspond aussi au plus court trajet entre les deux ouvertures utilisées pour intro- duire le cristal liquide dans la cellule et en expulser l’air, et pourrait donc aisément constituer l’orientation moyenne des molécules. De plus, certaines macrophotographies (voir figures 4.6 et 4.18) montrent des zones de variations allongées qui semblent suivre cette même trajec- toire. On peut par ailleurs envisager que le positionnement de la cellule n’ait pas été parfaite- ment perpendiculaire au faisceau lumineux, faisant ainsi intervenir une composante verticale de l’alignement des molécules dans les mesures de polarimétrie avec rotation dans le plan, quoi que ce désalignement ne puisse vraisemblablement pas être important en raison du soin apporté au montage des échantillons, et l’effet devrait donc être négligeable.

Les mesures de polarimétrie de même que les images recueillies en lumière polarisée ne permettent donc pas de conclure que l’inclusion de nanoparticules magnétiques soumises à un champ magnétique parallèle à la couche d’alignement ait eu une influence significative sur l’alignement du cristal liquide E7 utilisé dans les cellules fabriquées. Les photomicrographies en lumière polarisée prises lors d’un test préliminaire réalisés avec des particules de CoNi offrent cependant une autre observation intéressante. Il a alors été possible d’observer des structures d’alignement particulières (deux lobes clairs opposés et deux lobes foncés opposés, alternant tous les 90°), tous orientées selon une direction commune et se répétant autour de plusieurs des amas de particules magnétiques (voir image 4.28). Un tel comportement n’est cependant pas observé pour les échantillons réalisés avec une matrice de CD-802 et des 3. Il est à noter que les bandes parallèles sombres et claires visibles dans l’échantillon 1 sans particules révèlent une variation de l’épaisseur de la cellule, et non un alignement particulier du mésogène

4.4Analyse des résultats 84

particules de MnFe₂O₄, et on ne note pas de structure particulière de l’alignement à petite échelle.

Bien qu’une analyse plus poussée eut été nécessaire pour s’assurer que le phénomène observé avec les couches d’alignement contenant des particules de CoNi n’est pas causé par un autre facteur, il semble raisonnable de supposer que les molécules du cristal liquide soient localement orientées par le champ magnétique de ces amas. L’influence locale des amas s’ex- pliquerait par le champ magnétique local important résultant de la somme des moments ma- gnétiques du grand nombre de particules composant ces amas, ce champ diminuant cependant rapidement avec la distance. Cet effet très localisé expliquerait par ailleurs pourquoi certains des amas visibles sur l’image ne sont pas entourés de ce motif ; l’effet serait alors produit seulement par les amas affleurant la surface de la couche d’alignement, suffisamment près du cristal liquide pour l’orienter, tandis que les amas situés au centre de la couche ou sur la face opposée n’auraient pas d’influence. La forme particulière adoptée par le motif supporte aussi cette hypothèse. Lorsqu’un cristal liquide nématique se réoriente autour d’un défaut stable tel qu’une particule fine, soit en s’orientant perpendiculairement ou parallèlement à la surface de cette particule, le motif perçu entre polariseurs croisés est une croix. Ce motif apparaît puisque le cristal liquide devient sombre lorsque les molécules sont parallèles à l’axe de l’un des polariseurs, ce qui se produit pour deux directions perpendiculaires entre elles. On observe alors une alternance de quatre zones sombres et quatre zones claires formant une croix, s’il n’existe aucune autre force que le défaut ponctuel pour orienter les molécules. Dans l’image 4.28, on voit plutôt une alternance de deux zones sombres et deux zones claires op- posées l’une à l’autre. Ce motif indique qu’une influence supplémentaire force les molécules de cristal liquide à adopter une direction privilégiée à proximité des amas de particules, cette direction étant par ailleurs la même pour toute la surface visible. Un tel comportement n’est cependant pas observé pour les échantillons réalisés avec une matrice de CD-802 et des par- ticules de MnFe₂O₄, pour lesquelles on ne note pas de structure particulière de l’alignement à petite échelle.