Auto-assemblages complexes et interactions capillaires

Abstract

Ce travail explore les mécanismes d’auto-assemblage de particules à l’échelle millimétrique en utilisant les interactions capillaires. Il s’intéresse particulièrement à la conception de "codons capillaires", des objets dont les interactions sont dictées par des charges capillaires positives ou négatives. Ces interactions permettent de créer des structures complexes, similaires à l’appariement des codons et anticodons biologiques. Le mémoire est divisé en plusieurs parties, dont une revue de la littérature sur l’auto-assemblage, avec un accent particulier sur les particules anisotropes et les interactions capillaires. La conception des codons capillaires repose sur des techniques de fabrication additive (impression 3D) et aboutit à des simulations numériques pour modéliser les interactions entre ces codons. Des expériences sont ensuite réalisées pour valider les modèles théoriques en observant les interactions réelles entre les codons imprimés. Les résultats montrent que la géométrie et l’écartement des branches des codons influencent fortement leur comportement d’appariement. En conclusion, l’étude démontre que les codons capillaires peuvent être utilisés pour simuler des processus d’autoassemblage complexes, ouvrant des perspectives pour des applications dans la fabrication de matériaux avancés.

This work explores the mechanisms of self-assembly of particles at the millimeter scale using capillary interactions. It focuses particularly on the design of "capillary codons," objects whose interactions are dictated by positive or negative capillary charges. These interactions enable the creation of complex structures, similar to the pairing of biological codons and anticodons. The thesis is divided into several parts, including a literature review on self-assembly, with a particular focus on anisotropic particles and capillary interactions. The design of capillary codons relies on additive manufacturing techniques (3D printing) and leads to numerical simulations to model the interactions between these codons. Experiments are then conducted to validate the theoretical models by observing the actual interactions between the printed codons. The results show that the geometry and spacing of the codon branches strongly influence their pairing behavior. In conclusion, the study demonstrates that capillary codons can be used to simulate complex self-assembly processes, opening up new possibilities for applications in advanced materials fabrication.