Dipolar particles under external fields

Ce travail de thèse théorique vise à comprendre l'influence des stimuli externes (champ magnétique, gravité, confinement) ainsi que des effets thermiques sur l'auto-assemblage d'un ensemble de particules dipolaires magnétiques. L'intérêt fondamental des particules dipolaires réside sur le caractère anisotropique et de longue portée des interactions dipôle-dipôle. Différentes échelles de grandeur caractérisent ces systèmes (moléculaire, colloïdale et granulaire). Nos modèles concernent des sphères dures dipolaires, systèmes de référence en physique de la matière condensée. Un premier objectif vise à prédire les comportements de structures des état fondamentaux de l'assemblé de N billes magnétiques en fonction des champs extérieurs appliqués. Le manuscrit débute avec un chapitre bibliographique rassemblant une brève littérature sur les propriétés de systèmes de particules magnétiques et les méthodes numériques développées afin d'atteindre le premier objectif de thèse. Après cela, nous abordons un modèle à deux corps où deux particules magnétiques sont exposées aux champs gravitationnel et magnétique au voisinage d'un substrat. Dans ce modèle, les orientations des moments magnétiques des états fondamentaux sont aussi explorées. Les conditions de dimérisation sont prédites à travers un riche diagramme de phases. Une nouvelle phase dimérique est trouvée où le dimère partiellement en contact avec le substrat forme un angle fini avec la normale de celui-ci. Un régime interdit correspondant aux forts champs gravitationnel et magnétique se généralise au cas à N corps où deux chaînes de polymères restent séparer. Par ailleurs, il est montré que la fragmentation à champ magnétique fort d'une chaîne verticale formée sur le substrat induite par la gravité donne lieu à des plus petites chaînes qui peuvent être séparées ou non. Une mono couche apparaît comme le dernier état de fragmentation de ces structures colonnaires à très forte gravité. Un second axe de recherche est consacré à l'étude de l'influence des fluctuations thermiques sur l'agrégation des particules confinées grâce à la théorie et des simulations. Nous montrons que les fluctuations thermiques sont cruciales pour la formation du ruban. Le rôle du confinement longitudinal y est aussi décisive. L'effet de la longue de chaîne sur la stabilité des rubans formés est discuté. Un nouveau mécanisme d'agrégation (rubanisation) est mis en avant. Ce mécanisme est basé sur des interactions effectives interchain d'ordre