Mécanique statistique et thermodynamique de l'adhésion, des transformations de phase et de la rupture dans les micro et nanosystèmes

Abstract

Les phénomènes de micro-instabilité et de multi-stabilité jouent un rôle clé dans divers systèmes mécaniques et physiques, tant artificiels que biologiques. Leur compréhension fait donc l'objet d'un vaste champ d'études, avec de nombreuses applications pratiques et théoriques. La modélisation de l'effet de la température sur les micro-instabilités, apparaissant dans différents phénomènes artificiels et biologiques, permet la validation de la mécanique statistique pour les petits systèmes, par la comparaison avec les données expérimentales obtenues à l'aide de la spectroscopie de force et d'essais micromécaniques, fournissant ainsi des informations utiles sur les réponses induites par les forces ou les allongements appliqués. Ces analyses sont particulièrement importantes pour l'étude de tous les systèmes qui présentent deux (ou plus) états métastables, tels que les processus d'adhésion/déadhésion, les transformations de phase (pliage/dépliage et phénomènes pseudo-élastiques) et la propagation des fissures et des fractures dans les systèmes à l'échelle nano- et micro-métriqe. À titre d'exemple, la température influence fortement les caractéristiques de transformation de phase des nanofils pseudo-élastiques utilisés comme actionneurs et capteurs en nanotechnologie, ou modifie les propriétés d'adhésion des cellules métastatiques dans les processus d'invasion du cancer. La réponse force-extension ou contrainte-déformation est l'une des principales caractéristiques utiles pour comprendre les effets des micro-instabilités et, pour l'obtenir analytiquement, il faut évaluer la fonction de partition du système, qui est l'outil essentiel de la mécanique statistique. Par conséquent, la forme complexe de l'énergie potentielle du problème étudié est approximée en utilisant la technique des variables de spin, ce qui permet d'obtenir une quantité discrète capable d'identifier les différents puits d'énergie potentielle. La première partie de cette thèse traite de l'état de l'art, des problèmes ouverts, des motivations et de la description des méthodologies adoptées. La partie suivante montre comment différents phénomènes physiques peuvent être étudiés par la même approche de modélisation