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Importance of many-body correlations in glass transition: An example from polydisperse hard spheres
No full textMost of the liquid-state theories, including glass-transition theories, are constructed on the basis of two-body density correlations. However, we have recently shown that many-body correlations, in particular, bond orientational correlations, play a key role in both the glass transition and the crystallization transition. Here we show, with numerical simulations of supercooled polydisperse hard spheres systems, that the length-scale associated with any two-point spatial correlation function does not increase toward the glass transition. A growing length-scale is instead revealed by considering many-body correlation functions, such as correlators of orientational order, which follows the length-scale of the dynamic heterogeneities. Despite the growing of crystal-like bond orientational order, we reveal that the stability against crystallization with increasing polydispersity is due to an increasing population of icosahedral arrangements of particles. Our results suggest that, for this type of systems, many-body correlations are a manifestation of the link between the vitrification and the crystallization phenomena. Whether a system is vitrified or crystallized can be controlled by the degree of frustration against crystallization, polydispersity in this case. (C) 2013 American Institute of Physics. [http://dx.doi.org/10.1063/1.4769981
Micromechanics of gel rupture
No full textLa physique de la fracture est omniprésente dans notre vie quotidienne, qu'il s'agisse de la facilité avec laquelle on peut ouvrir un œuf une fois fêlé ou de la lente agonie d'un câble de chargeur. Il y a exactement un siècle, A. A. Griffith a lié la taille du défaut critique dans un matériau fragile à la contrainte critique requise pour la rupture. La présence de défauts microscopiques explique pourquoi un matériau “intact" rompt à des contraintes inférieures de plusieurs ordres de grandeur à la contrainte prédite par la rupture des liaisons atomiques. Malgré les progrès réalisés dans le domaine de la mécanique de la rupture depuis Griffith, nous n'avons toujours pas une compréhension complète de pourquoi, quand et où la rupture se produira. C’est dû au caractère multi-échelle de la rupture. La fracture du bois massif en est un exemple : des molécules, aux cellules, à l'anneau de croissance jusqu’à la branche. Il est essentiel de comprendre la connexion entre ces différentes échelles pour appréhender leur réponse spatio-temporelle complexe et non linéaire. Ainsi, zoomer à l'échelle du précurseur ou de l'unité structurelle du matériau d'où provient la fracture conduit à des modèles fiables pour une meilleure ingénierie de chaque matériau. Dans les cristaux, le précurseur structurel est une compétition entre mouvement des dislocations et plasticité dans les joints de grain. Ce modèle ne s’applique pas dans les systèmes amorphes. De plus, les solides structurellement hétérogène apportent encore un autre niveau de difficulté dans l'identification des précurseurs. Dans ma thèse, j'ai étudié la rupture des gels, qui sont des solides constitués de deux phases entrelacées : un réseau solide et un milieu liquide. Dans les gels, le couplage complexe de la viscoélasticité et de la plasticité rend difficile la compréhension des raisons de la rupture, car la plupart des modèles théoriques sont basés sur la compréhension de systèmes élasto-plastiques. L'importance des gels, de la consistance du yaourt à l'utilisation des gels comme matériau biomimétique, nécessite de mieux comprendre leurs précurseurs de fracture. Dans ce travail, nous essayons de trouver les précurseurs de fracture dans les gels en combinant rhéologie et observation 3D par microscopie confocale. Nous devons donc utiliser un gel de microstructure plus grande que la résolution optique, ce qui implique un matériau très mou et donc des contraintes faibles qui sont difficiles à appliquer de manière contrôlée. Ainsi, nous avons développé un dispositif basé sur un cantilever permettant d’étudier la réponse rhéologique de solides très mous sous contrainte ou déformation constante. Sa sensibilité de 6 mPa en contrainte permet de contrôler précisément la contrainte ou la déformation dans les directions normale et de cisaillement. Le système de gel avec lequel nous travaillons est le caséinate de sodium, un gel de protéines dont la microstructure est de l'ordre de 10 µm. Nous décrivons la physico-chimie, le transport de masse et la rhéologie de notre système afin de développer une technique rapide de gélification in-situ. Ensuite, nous réalisons des expériences de déformation et de contrainte contrôlées avec ce système jusqu'à la rupture. Dans le cas de marches de déformation incrémentale, la visualisation microscopique directe combinée à la corrélation d’images 2D détecte l'existence d'une couche de cisaillement maximale comme étant le précurseur de la rupture. En fluage, la vue stroboscopique 3D permet d'observer des ruptures de brins éparses. Nous développons une analyse basée sur l'estimation des petits déplacements pour détecter ces événements et observer leur profil spatio-temporel. Nous observons que les ruptures de brin se produisent bien avant la rupture catastrophique, et nous sommes capables de détecter leur nucléation qui conduit à la rupture. La composante principale du cisaillement présente des corrélations de type Eshelby, c’est-à-dire un couplage élastique.Fracture is an important phenomena in our day to day life, from the ease of cracking open an egg after inducing a small flaw on the surface, to the mind nerving slow breaking of the charger cable. Exactly a century ago, A. A. Griffith expressed a criteria that relates the size of the critical defect in a brittle material to the critical stress required for fracture. The presence of microscopic flaws explains why the stress required to break an 'intact' material is orders of magnitude lower than the theoretical stress predicted from breaking the atomic bonds. Despite significant progress in the field of fracture mechanics since Griffith, we still do not have a complete understanding of the why, when or where the failure will happen. This is because failure is a multi-scale phenomena: An example of this is the fracture of solid wood: from molecular to cellular scale to growth ring scale and finally the breaking of a branch. Understanding of the connection between these different scales is crucial to comprehend their complex, nonlinear and spatio-temporal response. Thus going down in scale to the precursor or the structural unit within the material where the failure originates can lead to development of reliable models for better engineering of these materials. In crystalline systems, the structural precursor is a competition between motion of dislocation and grain boundary mediated plasticity. This model is not valid in amorphous systems. Furthermore, solids that have an heterogeneous structure bring yet another level of difficulty in pinpointing the precursor events. In my thesis, I studied the fracture of gels, solids that are made of two intertwined phases: a solid network and a liquid medium. In gels, the complex coupling of viscoelasticity and plasticity makes it difficult to understand the driving force behind fracture as most of the theoretical models are based on understanding of elasto-plastic systems. The importance of gels in our daily experience, from the 'mouth-feel' of yogurt to the usage of gel as biomimetic material, requires the advancement in understanding their fracture precursors. In this work we try to find fracture precursors in gel by combining shear rheology to 3D confocal microscopic observation. This means we have to use a gel system which has microstructure large enough to be observable with optical resolution. Larger microstructure implies softer materials and thus low stresses that are difficult to apply reliably. Thus the first part of this thesis consists in developing a cantilever based setup for shear rheology of very soft solids under constant stress or strain. This setup has a sensitivity of 6 mPa in stress measurement and can reliably apply strain or stress control in both shear and normal directions. The gel system we work with is sodium caseinate, a protein gel with a microstructural length scale of order 10 µm. We describe the physical chemistry, mass transport and rheological characterization of our system to develop a fast in-situ gelation technique. In the next part, we perform controlled strain and stress experiments with this system until failure. In the case of incremental control strain steps, direct microscopic visualization combined with 2D phase correlation describes the existence of a soft layer near the maximum shear zone to be the precursor to fracture. For the long duration creep experiment, the 3D stroboscopic view observes visuals of the strand breaking events which are spatially scattered. We develop analysis based on estimation of small displacement to detect these events to observe their spatio-temporal profile. We observe that strand breaking events occur way before the catastrophic failure, and we are able to detect their nucleation which leads to failure. The spatial correlation of the principle shear component leads us to discover the elastic coupling of eshelby nature i.e. the existence of a shear transformation zone as inclusion within a large elastic medium
Study of Dense Assemblies of Active Colloids : collective Behavior and Rheological Properties
No full textAu cours des dernières décennies, la matière active est passée de la fascination pour des mouvements collectifs animaux à des expériences bien maîtrisées en laboratoire. Des systèmes actifs abiotiques ont été utilisés comme modèle pour développer de nouvelles connaissances en physique hors équilibre. Ces études ont été principalement réalisées dans des systèmes plutôt dilués. Cependant, l'étude du régime dense reste à faire, en particulier expérimentalement. Ceci conduit à l'objectif principal de cette étude: réaliser une étude expérimentale des systèmes actifs à haute densité et relier ces observations à la physique des verres. Par ailleurs, nous considérons un tel système comme un nouveau type de matériau actif que nous étudions par microrhéologie. Dans un cas comme dans l'autre, la question principale est d'examiner l'influence de l'activité sur un système déjà hors équilibre quand il est passif.Notre système expérimental est une monocouche de colloïdes Janus or-platine, qui s'autopropulsent en présence de peroxyde d'hydrogène (H2O2). La monocouche est légèrement inclinée ce qui provoque un gradient de densité dans le plan. Nous caractérisons le niveau d'activité à partir de la longueur de sédimentation et définissons une température effective, qui augmente de façon monotone avec la concentration de H2O2. Grâce à cette configuration, nous pouvons étudier toute la gamme de densité : dilué, liquide surfondu ergodique, verre non ergodique. Nous constatons que la physique des verres décrit bien le régime surfondu même actif à condition que la température soit remplacée par la température effective. Cependant, au-delà de la transition vitreuse, nous observons une réponse non monotone de la relaxation à l'activité. La relaxation ralentit spectaculairement lorsque les particules deviennent faiblement autopropulsées ; mais accélère à des niveaux d'activité suffisamment élevés. En analysant la corrélation des orientations de déplacement, nous proposons que le mouvement dirigé rend l'exploration de la cage moins efficace et ralentit ainsi la relaxation coopérative par rapport à un verre passif. Nous nommons ce phénomène «Deadlock from the Emergence of Active Directionality (DEAD)». Afin de réaliser une étude microrhéologique, nous appliquons deux types de stimulus mécanique sur une particule sonde immergée dans le sédiment. Le premier est une oscillation de faible amplitude contrôlée par des pinces optiques. Le module de cisaillement complexe résultant nous apprend que l'activité rend le matériau plus élastique. Cependant, une interaction dépendant de l'activité entre le piège optique et les colloïdes nous fait questionner ce résultat. Nous passons donc à un stimulus gravitationnel pour tirer la sonde à travers le sédiment. D'abord, nous constatons qu'un flux de colloïdes pousse la sonde vers l'avant et que ce flux est moins important dans un sédiment actif. Cela peut être expliqué par les différences de longueur de sédimentation et il en résulte une différence marquée dans le mouvement de la sonde. Nous constatons ensuite que l'advection des colloïdes autour de la sonde correspond quantitativement à un écoulement de Stokes. Cela ouvre la possibilité d'extraire une viscosité efficace. Comme nous avons besoin d'une configuration mieux contrôlée, nous développons un microrhéomètre magnétique pour de futures études.Nous commençons également une étude numérique à l'aide d'un modèle de particules browniennes actives. Contrairement à l'expérience, nous pouvons en simulation fixer avec précision la densité. Nous trouvons une séparation de phases induite par la motilité à des densités modérées et des forces de propulsion élevées. En dehors de cela, la simulation correspond bien à nos résultats expérimentaux jusqu'au régime surfondu. Nous pouvons ainsi étudier le régime vitreux où nous attendons le phénomène DEAD et obtenir une meilleure compréhension des système vitreux actifIn the last decades, active matter has stepped up from a fascination about mesmerizing animal collective movements to well-controlled experiments in the laboratory. Abiotic active systems have been used as a model to develop new knowledge in non-equilibrium physics and it has been done extensively in rather dilute systems. However, investigation in crowded conditions is still lacking especially in experiments. This leads to the key objective of this study: to perform an experimental investigation of active systems at high density and relate the observation to our knowledge in glassy physics. Besides, by considering such a system as a new kind of active material, we also aim to investigate it via microrheology. In both cases, the main question is to examine how activity influences a system whose passive counterpart is already out of equilibrium.Our experimental system is a monolayer of gold-platinum Janus colloids, which become self-propelled upon adding a solution of hydrogen peroxide (H2O2). The monolayer is slightly inclined to cause an in-plane density gradient. We characterize the activity level from the sedimentation length and define an effective temperature, which monotonically increases with H2O2 concentration. With this setup, we can investigate a full range of densities from dilute, to ergodic supercooled, to nonergodic glass regime. We find that standard glassy physics describes well the active supercooled regime provided the replacement of the temperature by the effective one. However, beyond the glass transition, we find that relaxation responds nonmonotonically to activity. We observe a dramatic slowdown of the relaxation when particles become weakly self-propelled; followed by faster relaxation at high enough activity level. By analyzing correlation of displacement orientations, we propose that directed motion makes cage exploration less efficient and thus slows down cooperative relaxation compared to a passive glass. We, therefore, name this phenomenon "Deadlock from the Emergence of Active Directionality (DEAD)”.To perform microrheology, we apply two types of actuation on a probe particle immersed in the sediment. The first actuation is a small amplitude oscillation controlled by optical tweezers. The resulting complex shear modulus gives us a hint that activity makes the sediment more elastic. However, activity-dependent interaction between the optical tweezers and the colloids makes us suspect the result. We thus switch to gravitational force to pull the probe through the sediment. We first find that there is a flux of colloids that pushes the probe forward, and that this flux is weaker in the active system. This can be understood by the sedimentation length and it results in a stark difference in the probe falling motion. Next, we find that the advection of the colloids around the probe quantitatively agree with a Stokes flow. This leads to a possibility to extract an effective viscosity. As we need a better-controlled setup, we develop a magnetic microrheometer for our future studies. We also started a numerical investigation using a model of active Brownian particles. Unlike in experiment, we can precisely fix the density in simulation. We found a motility induced phase separation at moderate densities and high propulsion forces. Apart from this, the simulation well agrees with our experimental result at least up to the supercooled regime. In this way, we can study the glassy regime where we expect the DEAD phenomenon and gain a better insight into the active glassy syste
コロイド過冷却液体における構造的不均一性と動的不均一性：共焦点顕微鏡による研究
No full textThe glass transition is often thought as decoupled from any structural change. I show in this thesis that two types of local order can be detected in a simple experimental glass former. This order increases when approaching the glass transition and is spatially correlated with the dynamic heterogeneities of the supercooled liquid.On envisage souvent la transition vitreuse comme découplée de tout changement structurel. Dans cette thèse, je montre que deux types d'ordre local peuvent être détectée dans un système vitreux expérimental simple. Cet ordre croit à l'approche de la transition vitreuse et est corrélé spatialement avec les hétérogénéités dynamiques du liquide surfondu
A novel particle tracking method with individual particle size measurement and its application to ordering in glassy hard sphere colloids
No full textInternational audienceParticle tracking is a key to single-particle-level confocal microscopy observation of colloidal suspensions, emulsions, and granular matter. The conventional tracking method has not been able to provide accurate information on the size of individual particle. Here we propose a novel method to localise spherical particles of arbitrary relative sizes from either 2D or 3D (confocal) images either in dilute or crowded environment. Moreover this method allows us to estimate the size of each particle reliably. We use this method to analyse local bond orientational ordering in a supercooled polydisperse colloidal suspension as well as the heterogeneous crystallisation induced by a substrate. For the former, we reveal non-trivial couplings of crystal-like bond orientational order and local icosahedral order with the spatial distribution of particle sizes: Crystal-like order tends to form in regions where very small particles are depleted and the slightly smaller size of the central particle stabilizes icosahedral order. For the latter, on the other hand, we found that very small particles are expelled from crystals and accumulated on the growth front of crystals. We emphasize that such information has not been accessible by conventional tracking methods
Direct link between mechanical stability in gels and percolation of isostatic particles
No full textColloidal gels have unique mechanical and transport properties that stem from their bicontinuous nature, in which a colloidal network is intertwined with a viscous solvent, and have found numerous applications in foods, cosmetics, and construction materials and for medical applications, such as cartilage replacements. So far, our understanding of the process of colloidal gelation is limited to long-time dynamical effects, where gelation is viewed as a phase separation process interrupted by the glass transition. However, this purely out-of-equilibrium thermodynamic picture does not address the emergence of mechanical stability. With confocal microscopy experiments, we reveal that mechanical metastability is reached only after isotropic percolation of locally isostatic environments, establishing a direct link between the load-bearing ability of gels and the isostaticity condition. Our work suggests an operative description of gels based on mechanical equilibrium and isostaticity, providing the physical basis for the stability and rheology of these materials.</p
Active matter versus gravity : effective equation of state and capilarity of self-propelled particle suspensions
No full textLa matière active est un domaine en pleine expansion au cours de ces dernières années. Elle est constituée d'entités capables d'utiliser une source d'énergie pour produire un travail local comme de l'auto-propulsion. Cette matière, hors équilibre, possède des propriétés fascinantes comme l'auto-organisation telle qu'observée dans une nuée d'oiseaux. Cependant, cette matière ne se limite pas au vivant et des système actifs abiotiques ont été développés. En particulier, au cours de cette thèse, nous utilisons des microparticules auto-propulsées. Nos objectifs sont de comprendre comment elles s'organisent en présence de gravité et au contact d'une paroi. Notre système est constitué de colloïdes Janus Au/Pt capables de s'auto-propulser en présence d'eau oxygénée par des mécanismes phorétiques. Les colloïdes étant plus denses que l'eau, ils forment une monocouche au fond du récipient. Si ce fond est légèrement incliné, nous observons une sédimentation 2D. Pour les systèmes colloïdaux à l'équilibre, le profil de sédimentation renferme l'équation d'état du système. Pour les systèmes actifs, une équation d'état n'existe pas dans le cas général mais on peut toutefois définir des grandeurs thermodynamiques analogues. J'ai mesuré le profil de sédimentation de mon système actif et je l'ai confronté à des modèles développés pour des particules brownienne actives en milieu « sec » (ABPs). J'ai pu ainsi montrer que le rôle du fluide porteur ne peut être négligé. Dans une deuxième partie, nous nous sommes intéressés aux propriétés de mouillage de ce système. La matière active est connue pour présenter des propriétés de mouillage effectives mais aucune étude expérimentale avec un système analogue au notre ne s'est focalisée sur le phénomène de mouillage d'une paroi plongée à la verticale dans un sédiment. Nous montrons qu'il s'y forme une couche d'adhésion accompagnée d'une remontée de la densité à la paroi. Pour mieux comprendre les phénomènes observés, nous les avons confrontés à un modèle numérique d'ABPs pour lequel nous pouvons faire varier les interactions entre les particules et la paroi. En jouant sur l'adhésion et l'alignement à la paroi, on est capable de reproduire les résultats expérimentaux. En effet, l'implémentation de ces interactions à la paroi permet, dans une certaine mesure, de prendre en compte numériquement le fluide porteur et donc les interactions hydrodynamique et phorétique de nos colloïdes avec la paroi. On montre ainsi que ces interactions exacerbe grandement la polarisation de la vitesse de propulsion des particules à la paroi qui est en grande partie à l'origine de la remontée de densité. En effet, il a été démontré qu'en régime stationnaire et dilué, les particules loin de la paroi sont capables de se polariser à l'encontre de la gravité. Nous montrons que cette polarisation est amplifiée par un alignement sur une paroi verticale. De plus, l'ajout d'une attraction supplémentaire permet de piéger plus fortement les particules le long de la paroi qui vont alors remonter plus haut que ne le feraient des ABPs sans interactions avec la paroi. Au fur à mesure de leur ascension, les particules vont « s'évaporer » et chuter loin de la paroi conduisant à des mouvements globaux dans le système. La paroi agit comme un moteur de la circulation qui met en mouvement les particules dans le système de façon collective à une échelle bien plus grande que celle de la particule. Enfin, dans la perspective de caractériser la microrhéologie de la matière active, nous présentons également dans cette thèse l'ensemble des avancées sur la conception d'un nouveau microrhéomètre magnétique ainsi que les travaux sur la stabilisation des colloïdes sur des surfaces de verre dans l'objectif de concevoir des cellules d'imagerie sur mesure.Active matter is a rapidly expanding field in recent years. It consists of entities able to use an energy source to produce local work such as self-propulsion. Such matter, by being out of equilibrium, has fascinating properties such as self-organization as seen in a flock of birds. However, active matter is not limited to biological systems. Active abiotic systems have also been developed. Indeed, during this thesis, we study a system made of self-propelled microparticles. Our objectives are to understand how they organize in the presence of gravity and in contact with a wall. Our system is made of Janus Au/Pt colloids that can self-propel in the presence of hydrogen peroxide by phoretic mechanisms. The colloids being denser than water, they form a monolayer on the bottom of their container. Provided a small tilting angle, we can observed 2D sedimentation. For colloidal systems at equilibrium, the sedimentation profile contains the equation of state of the system. For active systems, an equation of state does not exist in the general case, but analogous thermodynamic quantities can be defined. I measured the sedimentation profile of my active system and compared it to models developed for active Brownian particles in a "dry" environment (ABPs). I showed that the role of the background fluid cannot be neglected. In a second part, we studied the wetting properties of our system. Active mater is known to have effective wetting properties, yet no experimental study with a system analogous to ours has focused on the wetting phenomenon of a wall vertically immersed in a sediment. We show that an adhesion layer is formed with the density rising at the wall. To better understand the observed phenomena, we have confronted them with a numerical model of ABPs for which we can vary the interactions between the particles and the wall. By playing on the adhesion and the alignment with the wall, we are able to reproduce the experimental results. Indeed, the implementation of these interactions at the wall enables, to a certain extent, to take into account numerically the background fluid and thus the hydrodynamic and phoretic interactions that our colloids have with the wall. We thus show that these interactions greatly exacerbates the polarization of the propulsion velocity of the particles at the wall which is largely responsible for the density rise. Indeed, it is known that in the dilute and stationary regime, particles far from the wall are able to polarize against gravity. This polarization is amplified by an alignement with a vertical wall. Furthermore, the addition of an additional attraction allows particles to be more strongly trapped at the wall, and rise higher than ABPs without wall interactions would. As they rise, the particles will "evaporate" and fall away from the wall leading to global fluxes in the system. The wall acts as a pump that sets the particles in motion in the system collectively at a much larger scale than the particle. Finally, because we want to investigate the microrheology on active matter, we also present in this thesis all the updates on the design of a new magnetic microrheometer as well as the work on the stabilization of colloids on glass surfaces with the objective of designing custom imaging cells
Penetration of hydrophilic yield stress fluids in hydrophobic fibrous media
No full textAméliorer l'isolation thermique des bâtiments est essentiel pour atteindre les objectifs de réduction de gaz à effet de serre. Un procédé très répandu d'isolation thermique consiste à coller des panneaux de laine minérale sur les murs extérieurs avec du mortier. Toutefois l'interaction entre laine minérale et mortier est mal comprise et mal maîtrisée, ce qui rend l'adhésion de l'isolant aux murs variable. Le mortier est un fluide complexe granulaire et hydrophile, tandis que les panneaux de laine minérale sont des milieux fibreux poreux et hydrophobes. Bien que la pénétration de fluides simples dans ces milieux soit l'objet de nombreuses études, le cas des fluides complexes y reste peu ou pas étudié. Cette thèse étudie l'interaction entre les fluides complexes hydrophiles et les milieux poreux hydrophobes en utilisant des matériaux modèles. Une caractérisation des propriétés importantes des deux matériaux est d'abord réalisée afin d'assurer la pertinence du choix des matériaux modèles. Le mortier est substitué par un fluide à seuil modèle et la laine de verre par des voiles de fibres de verre ou des maillages hydrophobes réguliers. De premières expériences dynamiques d'impacts de gouttes ont motivé la mise en place d'une expérience quasi-statique permettant de mesurer la pression nécessaire pour forcer l'écoulement du fluide à seuil modèle à travers le maillage hydrophobe. Des fluides simples sont utilisés pour valider et calibrer l'expérience avant d'étudier le rôle de la contrainte seuil et de la taille des pores du maillage sur la pression critique de pénétration. Nous montrons que la contrainte seuil du fluide a peu d'impact sur cette pression critique par rapport à l'hydrophobie du maillage. Des dispositifs de visualisation de l'écoulement montrent cependant que la contrainte seuil change totalement la façon dont le fluide va s'écouler à travers le maillage. La technique de microscopie à force de traction est également utilisée pour mesurer la distribution locale des contraintes autour des fibres d'un voile de verre en compression. Pour cela, une pression est appliquée avec de petites charges sur un voile de verre reposant sur un gel élastique dans lequel ont été dispersés des traceurs. En mesurant le déplacement des traceurs, la contrainte locale correspondante peut être calculée puis reliée à la pression macroscopique appliquée. L'objectif est de comprendre ce qui se passe à l'interface entre le fluide à seuil et le maillage hydrophobe dans la première expérience. Enfin, une mise en perspective des différents résultats obtenus avec les matériaux modèles permet d'apporter des éclaircissements sur le fonctionnement des interactions avec le système réel. Une première étude de l'impact de la granularité sur l'écoulement a notamment été réalisée en ajoutant des billes dans le fluide à seuil modèle.Improving the thermal isulation of buildings is essential to reduce greenhouse gas emissions. A widlely use process of thermal insulation consists in gluing mineral wool panels to outside walls with mortar. However, the interaction between mineral wool and mortar is not well understood and this leads to variable adhesion of insulation to walls. While the penetration of simple fluids into these media is the subject of numerous studies, their penetration by complex fluids is sparsely investigated. The aim of this study is to give insight on the interaction between hydrophilic complex fluids and hydrophobic porous media, using model materials. A characterization of the key properties of both materials is first performed to ensure the relevance of the chosen model materials. Mortar is replaced by a model yield stress fluid, and mineral wool by glass fiber veils or regular hydrophobic meshes. Initial dynamic droplet impact experiments motivated the development of a quasi-static experiment to measure the critical pressure required to force the flow of the model yield stress fluid through a regular hydrophobic mesh. Simple fluids are used to validate and calibrate the experiment before focusing on the role of yield stress and mesh size on critical penetration pressure. We show that the yield stress has little impact on the critical penetration pressure compared to the hydrophobicity of the mesh. However, flow visualization reveal that yield stress significantly changes the fluid's flow dynamics through the mesh. Traction force microscopy is also used to measure the local stress distribution around fibers of a glass veil under compression. To do this, a pressure is applied with small loads on top of a glass veil which rests on an elastic gel in which tracers are dispersed. By measuring the displacement of the tracers, the local stress can be computed and linked to the applied macroscopic pressure. The aim is to understand what happens at the interface between yield stress fluid and hydrophobic mesh in the first experiment. Finally, the different results obtained with model materials are used to provide new insights into the real system. A preliminary study on the impact of granularity was also carried out by adding beads inside the model yield stress fluid
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