Institut Charles Sadron News

A faible densité de liquide, l'auto-assemblage mécanique de bulles monodisperses conduit généralement à des mousses désordonnées. La production de structures cristallines nécessite un soin particulier : par exemple, les mousses de Kelvin - des assemblages périodiques de bulles disposées sur un réseau cubique centré - sont un exemple typique d'une structure difficile à obtenir expérimentalement, bien qu'il s'agisse d'un minimum local d'énergie. Nous montrons ici comment le bullage dans différents arrangements de fibres permet de contrôler les architectures de mousse grâce à un auto-assemblage mécanique des bulles guidé par les fibres: pour des rapports optimaux entre la taille des bulles et l'espacement des fibres, des mousses cristallines de Kelvin et des mousses aux structures hexagonales compactes sont formées dans des réseaux de fibres carrés et hexagonaux, respectivement. Les architectures cristallines à longue portée obtenues dans des échantillons composés de centaines de bulles sont ensuite quantifiées grâce à une approche théorique analysant l'ordre orientationnel des structures. Cette méthodologie, basée sur la décomposition de l'orientation des arêtes en termes d'harmoniques sphériques, s'inspire des coefficients de Steinhardt, développés pour quantifier l'ordre rotationnel dans les liquides en 3D. Au-delà de l'architecture des structures de mousses liquides, notre travail démontre que l'ordre obtenu persiste lors de la solidification de mousses polymères initialement liquides, en utilisant comme systèmes modèles des mousses d'alginate et de polyuréthane dans des réseaux de fibres de nylon. L'auto-assemblage de bulles guidé mécaniquement offre une alternative attrayante à la fabrication additive pour générer des mousses hautement ordonnées.

Ces travaux, menés en collaboration entre les équipes MIM et TSP, ont donné lieu à une publication dans la collection Emerging Leaders 2025 du journal IOP JPhys Materials. 

Chammouma, M., Jouanlanne, M., Egelé, A., Favier, D., Farago, J., & Hourlier-Fargette, A. (2025). Crystalline structures in foams: guided mechanical self-assembly of bubbles in fiber arrays. Journal of Physics: Materials, 8(1), 015011.

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2515-7639/adaa21