Amorphous solids from the glass transition to 1 Kelvin

Comprendre la nature fondamentale de la transition vitreuse et des solides amorphes est au cœur d’un vaste effort de recherche. La description theorique des solides vitreux reste essentielle- ment phenomenologique. Ce travail explore l’hypothese selon laquelle une nouvelle phase amorphe de la matiere expliquerait naturellement leurs proprietes physiques. Nous analysons la thermodynamique des verres dans la limite de dimension infinie. Cette theorie exacte de champ moyen predit deux phases vitreuses, une "simple" et une "marginalement stable", separees par une transition de Gardner. Nous demontrons que les verres sont marginalement stables dans une grande variete de conditions physiques, couvrant des regimes pertinents pour decrire la matiere granulaire, les mousses, les emulsions, les colloides durs et mous, ainsi que les verres moleculaires. Nous confrontons nos predictions theoriques a des simulations numeriques en trois dimensions. Nous developpons un algorithme numerique efficace qui cree des verres tres stables. Nous montrons que les verres colloidaux et granulaires sont marginalement stables: ils evoluent dans un paysage hierarchique et presentent des excitations delocalisees de basse energie. Dans ce regime, des variations cycliques de la temperature donnent lieu a des effets de rajeunissement et de memoire, precedemment observes dans les verres de spin. En revanche, le comportement des verres moleculaires est regi par des defauts localises, dont les proprietes quantiques a basse temperature sont egalement analysees. Nous etudions le role de l’entropie configurationnelle dans le ralentissement dynamique qui accompagne la formation du verre. Nous mesurons l’entropie configurationnelle dans des liquides a tres basse temperature, et analysons les theories thermodynamiques de la transition vitreuse.