Les séminaires de l'UMET

Le microphytoplancton marin, qui constitue une partie importante de la chaîne alimentaire des océans, est composé essentiellement d'éléments organiques (dinoflagellés, etc.), calcaires (coccolithes, etc.) et siliceux (diatomées, etc.). La partie organique, qui nous intéresse ici, est présente dans les enregistrements fossils dès le Précambrien. Le groupement artificiel des acritarches occupe la place majeure du microphytoplancton organique au Précambrien et au Paléozoïque, tandis que les kystes de dinoflagellés sont retrouvés dès la base du Mésozoïque.

L’analyse de la biodiversité des différentes composantes du microphytoplancton à paroi organique a souvent montré que les taux de haute biodiversité peuvent se corréler avec des hauts niveaux marins. Ces périodes correspondent à des époques géologiques charactérisées par des hautes températures : les acritarches montrent leur plus haute diversité dans l’intervalle Ordovicien- Dévonien, pendant que les dinoflagellés ont atteint leur plus grande diversification au Crétacé.

Dans notre exposé, nous essayons de faire les relations entre biodiversité du microphytoplancton non seulement avec les changements climatiques, mais également avec la modification de la paléogéographie. Nous mettons aussi en avant la relation avec les changements du taux de CO2 atmosphérique.

L'évolution de la biodiversité du microphytoplancton, en relation avec les changements de géographie et de climats au cours du Phanérozoïque peut par la suite être analysée dans le contexte de l'évolution de la vie marine. Il en résulte qu'une relation étroite existe entre la diversité du microphytoplancton et l'évolution de la vie marine sur Terre.

Ce travail porte sur l’étude du comportement mécanique et de l’évolution structurale induite dans des films tricouches co-extrudés gonflés à base de polyamide 6 (PA6) et de polyéthylène (PE) sollicités en tractions uniaxiale et biaxiale. Le suivi des transformations de phase et l’analyse de l’orientation moléculaire ont été réalisés grâce au couplage entre la diffraction des rayons X et la spectroscopie infrarouge via la technique du « trichroïsme ».

La caractérisation des matériaux non déformés a montré que le PE et le PA6, qu’ils soient seuls ou en structures multicouches, présentent des propriétés structurales et thermiques similaires et ne sont pas affectés par la présence de l’autre matériau.

Au niveau du comportement mécanique, les multicouches sont caractérisés par un niveau de contrainte intermédiaire à ceux des polymères parents qui, en traction uniaxiale, peut être parfaitement décrit à l’aide d’une simple loi des mélanges prenant en compte les comportements des polymères parents. Alors qu’en traction uniaxiale, l’allongement à la rupture des multicouches est limité à celui du PA6, la biétirabilité du PA6 est nettement améliorée en présence de PE.

L’analyse structurale des films déformés a notamment mis en évidence une transformation graduelle de la phase mésomorphe βen forme α dans la couche de PA6. Cette transition, qui témoigne des mécanismes de plasticité mis en jeu, a lieu de façon similaire quelle que soit la composition du film en traction uniaxiale. En revanche, sous sollicitation biaxiale, il a été clairement montré que cette transition est ralentie en présence de PE et qu’il existe un taux de phase α critique au-delà duquel la rupture de la structure a lieu. Ceci montre que la déformation biaxiale dans les films multicouches procède par des mécanismes de déformation différents de ceux impliqués dans les films monocouches.

Water molecules play a fundamental role in the physics of slow crack propagation in glasses. In the stress-corrosion theory water molecules that move in the crack cavity act to reduce the bond strength at the strained crack tip and thus enhance crack propagation by thermal activation (Charles and Hillig, 1962). In most cases, the phenomenological equations determined by Wiederhorn (1967) can explain the dependence of crack velocity on stress and environmental parameters, along with the presence of a transport-limited region in the KI-v curve. Yet the fundamental rupture mechanisms acting at the tip are still debated and the influence of glass chemical composition on the fracture properties is still lacking a comprehensive explanation.

Experimental observations of a condensed liquid phase of submicrometric length at the crack tip of oxide glasses are made possible by in-situ phase imaging using an Atomic Force Microscope during very slow crack propagation in moist atmosphere. The physical mechanisms at the origin of the AFM phase contrast on the condensate will be explained and the implications on the physics and chemistry of stress-corrosion will be discussed.

When human tooth enamel is observed with the Transmission Electron Microscope (TEM), a structural defect is registered in the central region of their nanometric grains or crystallites. This defect has been named Central Dark Line (CDL) and its structure and function in the enamel structure have been unknown yet. The TEM and HRTEM analysis of these crystallites will be presented in this talk.

La recherche de verres à hauts modules d'élasticité est un sujet relativement ancien, mais qui revêt une grande importance dans le contexte actuel, avec la quête de nouveaux matériaux, légers, durables et plus rigides que les matériaux employés actuellement. Ainsi, les disques durs des ordinateurs, réalisés en alliage Al-Mg, sont progressivement remplacés par des verres à haut module d’Young, ceci afin d'accroître la vitesse de rotation (au-delà de 10,000 tours/min) ainsi que la densité d'informations stockées tout en réduisant le diamètre. Un gain sur les modules d'élasticité permet aussi de réduire significativement la masse des vitrages (à densité de verre constante), entraînant des économies d'énergie substantielles dans le domaine des transports. L'amélioration de la résistance au rayage et à toute forme d'endommagement mécanique de surface est un autre enjeu actuel important. Il est possible en jouant sur la composition du verre d'accroître très sensiblement sa rigidité, sa dureté et sa résistance mécanique.

Les verres inorganiques constituent couvrent un large spectre de matériaux aux propriétés très variées. Les modules d’élasticité s’étendent de quelques GPa pour l’eau vitreuse à 77 K à 180 GPa pour un verre oxynitruré à l’ambiante. On peut modifier les propriétés mécaniques des verres d'oxydes en jouant sur la nature et la teneur des cations. On peut obtenir des résultats beaucoup plus significatifs en substituant de l'oxygène par de l'azote ou encore par du carbone. Toutefois, l'amélioration d'une propriété se fait souvent au détriment d'une autre. Ainsi les verres les plus durs sont souvent les plus fragiles. Ce n'est pas le cas des verres oxyazotés, à la fois durs et tenaces, ni celui des verres de chalcogénures, symbole de fragilité mais pourtant relativement mous. Pour tenter de comprendre les propriétés des verres connus ou mieux encore de prédire celles des verres qui n'ont pas encore été élaborés, il est nécessaire d'étudier les arrangements atomiques qui constituent le réseau vitreux. Les propriétés mécaniques ne sont pas déterminées par les seules énergies des liaisons interatomiques, mais dépendent de la coordinence, du degré d'interconnexion (ou de polymérisation), et de la topologie des empilements (anneaux, chaînes, feuillets) à une échelle supramoléculaire où de petits domaines ont pu être observés. Tandis que le comportement élastique exprime, à l’échelle macroscopique, la réponse globale du réseau vitreux constitué d’un assemblage complexe d’unités structurales souvent bien connues (tétraèdres SiO4 dans le verre de silice), le comportement à la fissuration est par essence très sensible à la force des liaisons et à la présence de chemins continus de moindre résistance. Une approche multi-échelles s'impose !

Faire varier les variables d'état pression - volume - température (PVT) d'un système solide ou liquide, contrôler finement ces paramètres simultanément et effectuer des mesures précises est aujourd'hui possible grâce à des années de développement sur anneau synchrotron. Physiciens, chimistes et géophysiciens ont intérêt à explorer ce domaine PVT afin de découvrir de nouveaux matériaux, mesurer des paramètres thermoélastiques, caractériser des diagrammes de phases, tester des modèles ab initio, etc. Le système Terre est un excellent exemple : un champ très vaste de situations peut s’observer dans ce système chimiquement complexe, où la pression varie de 1 fois à 3,6 millions de fois la pression atmosphérique et la température peut atteindre 6000 K environ. Je présenterai rapidement les équipements nécessaires à la génération de telles conditions extrêmes de pression et de température, et à la mesure in-situ du volume de maille cristalline des solides par la diffraction des rayons X. Une partie importante de la présentation sera quant à elle consacrée aux formalismes d'équation d'état couramment utilisés pour modéliser la compressibilité et la dilatation thermique des solides : j'insisterai particulièrement sur les pièges à éviter lors de leur utilisation.

L’addition de nanocharges adaptées dans une matrice polymère et l’obtention de nanocomposites a été décrit au travers de la littérature depuis de nombreuses années. De nombreux gains sont à mettre au crédit des nanocomposites, ce qui explique leur fort développement actuel dans différents secteurs industriels (automobile, emballage…). Les nano-charges apportent un effet de « renfort mécanique » et ceci à des faibles taux d’incorporation (typiquement 3-6%). Au niveau de la rhéologie, ces nanoparticules modifient le comportement à l’état fondu des matériaux. Elles peuvent jouer un rôle de « clarifiant » (augmentation de la transparence) mais aussi d’agent germinant aidant à contrôler la structure cristalline.

Les nano-biocomposites constitués d’une bio-matrice (polymères biodégradables) et de nanocharges minérales ou organiques sont une classe émergente de matériaux présentant des perspectives prometteuses. Les nano-biocomposites sont un domaine de recherche relativement neuf et en pleine croissance comme l’attestent les centaines d’articles publiés sur ce sujet à partir de 2003.

Dans le cadre de cette conférence, les nanocharges présentées sont des argiles type montmorillonites qui ont la particularité d’être lamellaires. Ces nanocharges sont parfois organo-modifiées afin d’améliorer la compatibilisation et la dispersion dans la matrice. Deux types de matrices originales vont être plus particulièrement présentés :
- l’amidon thermoplastique (parfois appelé, amidon thermoplastique),
- les polyhydroxy-alcanoates (PHB et PHBV).

L’analyse des relations « (nano/micro) structures-propriétés-procédés » de ces matériaux va être exposée.

Les serpentines, résultant de l'hydratation des minéraux mantelliques (olivine, pyroxène), sont parmi les minéraux les plus hydratés entraînés en subduction, donc un acteur majeur dans le transport de l'eau dans le manteau terrestre. Avec une supposée faible viscosité, les serpentines pourraient d'autre part jouer un rôle déterminant dans la déformation et la répartition des contraintes dans les zones de subduction. Cependant le manque de données sur les propriétés élastiques et rhéologiques des serpentines a longtemps empêché la quantification de leur influence sur la dynamique des zones de subduction. Les équations d'état /P-V /des trois principales variétés de serpentines, lizardite, chrysotile et antigorite ont été obtenues en utilisant la diffraction des rayons X synchrotron en cellule à enclume diamants. Une loi de déformation a été extraite d'expériences de déformation sur l'antigorite à HP-HT (200°C-500°C et 1 à 4 GPa) et faible vitesse de déformation (10-4 à 10-6 s-1), réalisées sur synchrotron avec une presse D-DIA. Les contraintes et la déformation sont obtenues /in situ /grâce aux déformations du réseau mesurées par diffraction des rayons X, et par imagerie de rayons X, respectivement. La rhéologie, les informations sur l'anisotropie de texture lors de ces expériences, et les propriétés élastiques des serpentines obtenues lors de ce travail, permettent à présent de discuter i) de la dynamique du coin de manteau dans la zone de subduction, ii) de la nature et des propriétés sismiques des couches à faibles vitesses observées le long de la plaque en subduction, iii) du rôle des serpentinites dans la sismicité à profondeurs intermédiaires, et la relaxation inter-sismique et post-sismique.