L'orientation uniforme de fines couches de cristal liquide est requise pour de nombreuses applications, notamment les affichages à cristaux liquides. Plusieurs méthodes ont été mises au point ([Priestley 1979], [de Gennes 1993], [Oswald 2000]). Une des méthodes usuelles permettant de produire des échantillons de cristaux liquides en films fins uniformément orientés est de créer des surfaces sur le substrat qui ont une action d'orientation sur les molécules de cristal liquide. En effet, il est très courant de déposer sur la surface du substrat un film mince de surfactant. Une molécule de surfactant possède une tête polaire, interagissant préférentiellement avec une surface hydratée, et une chaîne hydrocarbonée s'orientant plutôt vers l'extérieur. L'orientation du cristal liquide sera assurée par la création d'interactions, par exemple des liaisons hydrogènes, des interactions de van der Waals, des interactions dipolaires ou des effets stériques dûs aux interactions moléculaires entre surfactant et cristal liquide. Par exemple, pour obtenir une orientation homéotrope du cristal liquide, un film mince de surfactant peut être déposé sur la surface. Les molécules de nématique en contact avec la surface ainsi traitée sont orientées par l'action des longues chaînes des molécules de surfactant. La qualité de l'orientation homéotrope dépend notamment de la longueur des molécules de surfactant et de sa concentration. Pour une concentration faible, c'est-à-dire lorsque la distance entre les centres de gravité des chaînes hydrocarbonées des molécules de surfactant est nettement plus grande que la dimension des molécules de nématique, ces dernières pourront aisément pénétrer entre les chaînes et un ancrage homéotrope sera rendu possible. Par contre, si l'espace entre les molécules de surfactant est trop faible, la pénétration sera difficile et l'orientation sera médiocre.
Une autre méthode très courante consiste à traiter la surface du substrat de manière mécanique [Châtelain 1941]. C'est une des techniques de laboratoires les plus usitées pour induire une orientation planaire des molécules d'un nématique. Cette technique consiste à brosser, suivant une direction particulière, la surface à l'aide d'une pièce de tissu en velours ou même d'un morceau de papier. Parmi les hypothèses avancées pour expliquer l'origine de l'orientation des molécules consécutive à un brossage, on suppose que la surface est « rayée » et présente un relief périodique très superficiel de quelques dizaines d'angströms de profondeur. La direction d'orientation spontanée des molécules appelées à épouser les sillons, est alors confondue avec la direction de brossage. Une autre explication repose sur l'idée que l'orientation parallèle résulte des forces générées par la présence d'une couche de molécules grasses contaminantes adsorbées sur la surface du substrat au cours du brossage unidirectionnel.
Ces deux types de méthodes sont souvent associées. C'est le cas pour les cellules d'affichage, lorsqu'après avoir déposé sur le substrat des molécules induisant un ancrage
planaire dégénéré, on souhaite induire un ancrage planaire parallèle.
Les forces orientant les cristaux liquides résultent donc de processus physico- chimiques ou encore des interactions mécaniques résultant des propriétés élastiques anisotropes des cristaux liquides. Notons que pour les surfaces sans texture, les processus physico-chimiques prédominent, alors que sur des surfaces ayant une texture, il faut également considérer les interactions élastiques anisotropes. Ces deux catégories d'interactions sont importantes et sont parfois en compétition, même si typiquement les processus physico-chimiques dominent ([Kahn 1973 (a)], [Kahn 1973 (b)]). Il semble également possible d'induire une orientation d'un cristal liquide en formant une double couche électrique à la surface du substrat qui jouera le rôle de champ électrique induisant une orientation particulière relativement au signe de l'anisotropie diélectrique du cristal liquide utilisé [Shah 2001]. Sur des surfaces non hydratées, la présence de charges peut suffire à orienter des nématogènes portant un dipôle permanent dans une direction privilégiée.
Au cours de cette étude, nous cherchons à obtenir un ancrage fort et homéotrope (c'est- à-dire perpendiculaire au plan formé par la surface) des nématogènes sur la surface des particules de fer. Pour y parvenir, nous avons procédé en deux étapes. Tout d'abord, dans ce chapitre, nous avons rassemblé les résultats concernant la nature de l'ancrage sur une surface de fer ayant subie différents types de traitements. La force de l'ancrage sera l'objet du chapitre C p. 95.
Peu de travaux traitent de l'ancrage des cristaux liquides sur une surface métallique. A ce jour, seul l'ancrage sur la surface de l'or a fait l'objet de publications ([Gupta 1996 (a)], [Gupta 1996 (b)], [Gupta 1996 (c)], [Gupta 1999], [Shah 1999], [Gu Y. 2000]). Nous nous proposons d'étudier l'ancrage sur la surface du fer. La caractérisation de la nature de l'ancrage a été effectuée sur des plaques de fer en étudiant la texture de gouttelettes de cristal liquide au microscope en polarisation croisée de la lumière. Les traitements que nous avons choisis pour induire une orientation du cristal liquide sur la surface du fer sont divers. Dans un premier temps, des traitements acido-basiques et thermiques ont été effectués afin de déterminer s'il était possible d'orienter le cristal liquide simplement en changeant la nature ou la charge des oxydes de fer de surface. Puis, dans un deuxième temps, nous avons choisi de créer sur la surface du fer, un film constitué de molécules organiques (amphiphiles, polymères). Nous rappellerons les propriétés des molécules amphiphiles ainsi que la nature des interactions permettant d'obtenir des couches moléculaires par auto-association de différents types de molécules amphiphiles. Nous caractériserons l'ancrage des molécules de cristal liquide nématique sur des couches de molécules amphiphiles adsorbées de façon physique sur la surface du fer, puis sur des couches constituées de molécules organiques liées à la surface par des liaisons chimiques et polymérisées entre elles.