Un cristal liquide nématique est placé en sandwich entre deux plaques de verre.

Les deux plaques se déplacent perpendiculairement l'une par rapport à l'autre à une fréquence allant de 90 à 500 Hz.

L'épaisseur de l'échantillon varie de 30 à 150 micromètres.

Voici la cellule expérimentale.

Le nématique est maintenu par capillarité entre les deux plaques.

Des vibrations sinusoïdales en quadrature sont imposées aux plaques.

Un cisaillemement elliptique est induit dans le corps de la cellule.

En l'absence de champ de cisaillement, le directeur n est perpendiculaire aux plaques.

Pour de faibles taux de cisaillements, le directeur se déplace sur un cône elliptique dont l'axe est perpendiculaire aux plaques.

Au dessus d'une valeur seuil, l'axe bascule.

La période spatiale de la distorsion permanente est environ le double de l'épaisseur de la cellule.

N est proportionnel à l'amplitude de vibration et à la fréquence divisée par la diffusivité de l'orientation nématique.

N est un nombre sans dimension.

Le tracé de l'amplitude montre :

•      la région des rouleaux,

•      la région des structures bidimensionnelles,

•      enfin, la transition vers la turbulence.

Les amplitudes de vibration augmentent à ellipticité et fréquence constantes.

N caractérise le seuil.

Au delà d'un premier seuil linéaire et réversible, une structure en rouleaux apparaît.

Au delà d'une autre valeur critique plus élevée, une structure quadratique à deux dimensions s'établit de façon réversible, ensuite cette structure se désorganise.

La forte biréfringence du nématique permet une observation directe au microscope.

Au delà du premier seuil, une structure très régulière en rouleaux se développe.

200 unités environ sont présentes sur l'ensemble de la cellule.

La direction des rouleaux dépend de l'ellipticité du cisaillement.

Au delà du second seuil, une structure carrée apparaît dûe aux rouleaux secondaires qui sont perpendiculaires aux premiers.

Pour de grandes amplitudes de vibration, la désorganisation apparaît en certains endroits de la cellule et se développe le long de joints de grains.

Des amas de zones quadratiques cristallisées séparées les unes des autres par des joints de grains persistent jusqu'à de plus hautes valeurs du cisaillement.

Pour des amplitudes beaucoup plus grandes, la structure est complètement désorganisée.

Une étude directe de la structure est également effectuée par diffraction d'un faisceau laser qui a été élargi pour couvrir entièrement la surface de la cellule.

La figure de diffraction du réseau de rouleaux est d'abord observée.

Puis, celle de la structure carrée.

Enfin, en augmentant l'amplitude des vibrations, des arcs de diffraction se développent autour des taches initiales.

Ceci correspond à des amas des structures carrées cristallisées, légèrement désorientées et séparées par des joints de grains.

L'apparition d'une densité finie de joints de grains entraîne la fusion de l'ordre de position mais pas de celui d'orientation.

Une dislocation coin de la structure en rouleaux correspond à l'absence d'une paire de rouleaux.

La dynamique de tels défauts peut ainsi être tracée.

Augmentons N jusqu'à atteindre le régime des rouleaux et ensuite maintenons le constant.

Deux dislocations coins de signes opposés peuvent interagir

•      soit en se dépassant l'une l'autre avec une accélération

•      soit en s'annihilant.

Le mouvement d'une dislocation coin est à la fois un mouvement de glissement et de montée.

Voici un autre exemple d'annihilation.

Dans ces séquences, le temps est accéléré 50 fois.

Une dislocation peut se former à partir d'une poussière.

Le champ de déformation induit par une poussière est analogue à celui induit par une boucle de dislocation.

Un grain de poussière peut modifier le parcours de la dislocation.

Ceci est un exemple de nucléation.

Voici maintenant un autre exemple d'annihilation.

Un angle de 1/10 de radian est imposé à la cellule.

La variation de l'épaisseur de la cellule entraîne une variation dans la longueur d'onde des rouleaux.

Un réseau de dislocations de même signe se déplace à travers la cellule à la même vitesse.

Augmentons N jusqu'à atteindre la région en réseau carré, puis maintenons le constant.

La transition de la structure en rouleaux à celle quadratique est visible.

Deux défauts s'annihilent.

Pour la structure en réseau carré, le mouvement semble plus rapide que pour les rouleaux.

Augmentons N jusqu'à la région partiellement désorganisée, puis maintenons le constant.

Les joints de grains entre des amas cristallins se déplacent rapidement.

Cette instabilité hydrodynamique est bien adaptée à l'étude de l'évolution des diverses cellules convectives formant de multiples structures.

Etude expérimentale du cisaillement elliptique d'un cristal liquide nématique. Un film de cristal liquide est placé entre deux plaques parallèles, chacune de ces plaques étant animée d'une oscillation sinusoïdale et les deux mouvements étant perpendiculaires l'un à l'autre, ce qui permet de créer un cisaillement elliptique au sein du cristal. Ce cisaillement entraîne une instabilité hydrodynamique. On fixe la fréquence et l'ellipticité et on augmente progressivement l'amplitude des vibrations.

Trois seuils définissent trois structures différentes qui apparaissent successivement dans le nématique :

- structure en rouleaux du type Rayleigh-Bénard ;

- structure bidimensionnelle (formation de carrés) ;

- désorganisation progressive du cristal liquide : apparition de turbulences qui se propagent le long de joints de grains et qui gagnent peu à peu tout le volume du cristal liquide.

Pour chacun de ces trois régimes, l'évolution dans le temps de la structure convective est étudiée. Il apparaît des défauts du type dislocation qui se déplacent et interagissent. Ces phénomènes sont observés par diffraction de la lumière et surtout par microcinématographie.