Rôle du gradient de température dans l’épaisseur de la cellule

Les expériences concernant les gels à inversion d’hélicité sont usuellement réalisées avec la cellule d’étude en contact avec la platine chauffante seulement d’un côté (configuration « capot ouvert »). Il existe donc un gradient de température dans l’épaisseur de la cellule à tout instant de l’expérimentation. Ce gradient vaut respectivement 3,4°C et 1,6°C aux températures T+_{≈ 98°C et}

T− ≈ 74°C. Il a été mesuré avec un thermocouple, placé dessus la cellule pour la détermination de la température Tsup et directement au contact de la platine pour la détermination de la tem-

pérature Tinf. Le gradient subi par la cellule est alors égal à Tinf-Tsup. La figure 4.17 présente un

schéma à l’échelle de la partie supérieure d’une cellule ehc de 25µm. Les substrats de verre ITO ont effectivement une épaisseur de 0,7 ± 0,05mm d’après le fabricant. En supposant que le gra- dient de température à l’intérieur de la cellule soit linéaire, nous pouvons donner une estimation du gradient de température réellement subi par le mélange CL :

– Pour Tinf = 98°C, Tsup= 94,6°C : TinfCL= 96,32°C et TsupCL = 96,26°C.

– Pour Tinf = 74°C, Tsup= 72,4°C : TinfCL= 73,23°C et TsupCL = 73,20°C.

Cette hypothèse est valide à cause de la faible épaisseur de la couche CL et au fait que les conductivités thermiques du verre ITO et du CL sont a priori proches, ces deux éléments étant plutôt des isolants thermiques. Nous nous plaçons en effet dans le cas simple d’un empilement de matériaux homogènes. Le profil dans l’épaisseur de chaque couche est linéaire et peut être déterminé à l’aide de l’équation couramment utilisée (4.1) [122].

T2= T1−

e

λSΦ (4.1)

où T1 et T2 sont les températures aux surfaces externes de chaque couche, e et λ sont respec-

tivement l’épaisseur et la conductivité thermique de chaque couche, S est la surface de chaque matériau et Φ est le flux thermique en Watt ; les deux dernières quantités étant constantes dans le cas présent.

L’estimation réalisée montre que le gradient de température effectivement subi par le mélange CL ne dépasse pas les 0,15°C, ce qui est raisonnable. La conductivité thermique du mélange CL n’est bien évidemment pas exactement celle du verre ITO, mais la différence est sans doute minime

et s’exprime très peu à cause de la faible épaisseur de la couche CL. Si nous remplissions une cellule ehc de 25µm d’épaisseur par de l’eau, dont la conductivité thermique est deux fois plus faible que celle du verre, le gradient subi serait également de 0,15°C dans le cas le plus défavorable (à T+_{) après calcul.}

FIG. 4.17: Représentation schématique à l’échelle de la partie supérieure d’une cellule ehc de 25µm. La variation linéaire en température est ajoutée sur le croquis, pour aider à la visualisation du gradient. Les températures utilisées dans le texte sont précisées sur le schéma, chacune se référant à la température de la surface considérée.

L’influence du gradient de température sur les caractéristiques spectrales des gels a été briè- vement abordée : l’environnement de la cellule a été modifié de façon à ce qu’il s’en retrouve réduit. Les pertes thermiques ont été diminuées en utilisant une plaque constituée de verre ITO positionnée au dessus de la cellule. Le gradient de température subi par la cellule est alors égal à 2,5°C pour T+_{et 1,3°C pour T}−_{et celui ressenti par le mélange CL est ainsi abaissé à 0,5°C à T}+_et

devient négligeable à T−. L’exposition UV à T+d’un mélange à 6,25% en réseau dans cette confi- guration, suivie d’une descente en température à 0,5°C/min, donne des résultats comparables en termes de caractéristiques spectrales au cas sans plaque ITO. Une visualisation au microscope op- tique à T−indique de plus des textures comparables dans ces deux cas. La diminution du gradient de température semble donc ne pas avoir d’influence notable sur les caractéristiques du système étudié.

Des expériences complémentaires ont pourtant montré une distinction de la morphologie du gel lorsque la descente en température est réalisée en configuration « capot fermé ». L’exposition UV usuelle du mélange classique a été réalisée en configuration « capot ouvert » à T+. Puis le capot

de la platine chauffante a été fermé très lentement afin que le changement en température n’affecte pas le gel de façon brutale. Des visualisations au microscope optique n’ont pas indiqué de diffé- rences notables comparativement au cas habituel. Puis une descente en température à 0,5°C/min a été effectué en configuration « capot fermé ». Le comportement en température observé est alors fortement différent de celui observé en configuration « capot ouvert » ainsi que cela est présenté en figure 4.18. Les textures obtenues dans la configuration « capot fermé » ne sont effectivement pas comparables à celles du cas habituel : les domaines inter-stries ne commencent à être mor- celés qu’à des températures inférieures à Tc et la densité totale en défauts est beaucoup moins

FIG. 4.18:Comparaison des textures de gels à 6,25% en réseau au cours d’une descente en température en configu- ration « capot ouvert » ou « capot fermé ». Les températures indiquées sont celles de la configuration « capot ouvert », i.e. celles utilisées dans la partie II de cette thèse. Les photographies de la configuration « capot fermé » correspondent à des températures 2°C plus basses que celles indiquées.

Le fait que les domaines inter-stries ne soient pas morcelés avec l’apparition de différentes teintes aux températures supérieures à Tcindique que la position λBraggde la bande de réflexion

ne se déplace pas à ces températures en configuration capot fermé. En effet, la variation de teinte observée entre 89 et 86°C est liée à une variation de la biréfringence des molécules CL, ainsi que nous le savons d’après les observations des gels à plus fortes concentrations en réseau (7,8 à 12,5%). La dégradation observée à partir de 79°C sur les photographies diffèrent par contre du cas à 7,8% en réseau où les domaines inter-stries ne comportent pas de défauts. Dans ce dernier

cas, des défauts d’alignement apparaissent seulement au niveau des fils, se répercutant au niveau spectral par des pertes d’intensité transmise par diffusion. Dans le cas présent, cette dégradation se répercute vraisemblablement par la variation de la position de la bande de Bragg aux tempéra- tures proches de 79°C. Cette absence de variation de λBraggavant la température Tc et la simple

apparition de défauts dans les domaines inter-stries aux températures inférieures semble être le signe de l’absence de la forme de cloche de cette caractéristique en température et peut-être éga- lement des deux sens d’hélicité à la température de mesure.

Il semble néanmoins peu probable que ces différences de comportement soient liées à l’absence totale d’un gradient de température au vu du très faible gradient subi par le gel en configuration « capot ouvert ». Ces résultats seraient donc peut-être plutôt liés à la différence de température du gel de CL dans les deux configurations. En effet, en configuration « capot fermé » la température du gel de CL est celle indiquée par la platine chauffante, ce qui n’est pas le cas de la configuration habituelle. Par exemple, à T+= 98°C, le gel est à 98°C en configuration « capot fermé » tandis qu’il est à approximativement 96,3°C en configuration « capot ouvert ». Ces différences de température semblent faibles en situation gélifiée mais sont sans doute suffisantes pour être à l’origine de ces distinctions assez fortes en termes de désorganisation et a priori également de caractéristiques spectrales.