– DYPOLYPO

Le transport de macromolécules dans des milieux d?architecture complexe est un sujet stimulant en physico-chimie. Il concerne aussi bien des phénomènes de biologie moléculaire (tels que l?électrophorèse), que la catalyse (dynamique des réactifs/produits dans les zéolites), les microtechnologies (nouveaux dispositifs microfluidiques) ou l?environnement (transport de polluants organiques dans les sols). Dans ce projet, nous nous concentrons plus particulièrement sur la dynamique de polyélectrolytes (chaînes polymères chargées) dans un milieu poreux chargé. De tels polymères chargés sont très utilisés dans de nombreuses applications, par exemple comme rhéofluidifiants dans les peintures ou gélifiants dans l?alimentation. L?objectif final de ce projet est le développement d?un modèle multi-échelle de transport des polyélectrolytes dans les milieux poreux chargés, par le couplage étroit de simulations et d?expériences, ceci afin d?identifier les paramètres clés gouvernant la dynamique. Le système choisi comporte des polyélectrolytes de type polyacrylate et polymaléate dans un milieu poreux constitué d?une assemblée bien définie de nanoparticules de silice monodisperses. L?objectif sera atteint par l?étude de systèmes de plus en plus complexes : tout d?abord les polyélectrolytes choisis en solution, puis la dynamique des petits ions dans le milieu poreux de silice chargée et enfin la dynamique des polyélectrolytes dans cette silice poreuse. Dans ce dernier cas, la taille des pores sera choisie de l?ordre de quelques rayons de giration du polyélectrolyte confiné et le mouvement sera étudié en l?absence de champ électrique extérieur. Ce système peut être considéré par exemple comme un modèle pour le transport des molécules organiques dans le sol, facilité par des colloïdes chargés. Ce cas est différent du transport actif de chaînes chargées dans des pores très étroits sous l?influence d?un champ électrique (par exemple transport de l?ADN à travers les membranes cellulaires), qui a été beaucoup étudié ces dernières années. Notre démarche est fondée sur un dialogue continu entre la modélisation (simulations numériques aux niveaux microscopiques et mésoscopiques) et les mesures expérimentlaes (conductivité électrique, spectroscopie d?impédance, zétamétrie, potentiométrie, RMN, diffusion de neutrons) pour obtenir une description réaliste du système. Cette démarche couplée a de nombreux intérêts : (i) les données expérimentales peuvent servir de paramètres d?entrée pour les simulations, (ii) lorsque la modélisation est validée, elle peut prédire des phénomènes dans des conditions difficilement accessibles expérimentalement, (iii) les simulations sont souvent nécessaires pour analyser les données obtenues par des techniques expérimentales complexes (par exemple les techniques de diffusion, la spectroscopie d?impédance) et (iv) les simulations numériques permettent de découpler les différents effets influençant la dynamique car les contributions peuvent être artificiellement supprimées dans les simulations. La description multiéchelle du système est l?un des aspects essentiels et des points clés de ce projet. Elle exige le passage d?une description atomique du système (polyélectrolyte, solvant et milieu poreux) vers un système analogue à gros grains. Cette procédure à gros grains concernera non seulement les molécules de solvant mais aussi les chaînes de polyélectrolytes. Nous proposons de garder une description explicite des contreions dans la mesure où ceux-ci devraient fortement influencer la dynamique sous confinement. Le passage de l?échelle micro- à l?échelle mésoscopique permet de décrire le mouvement des poyélectroytes de la ps-ns jusqu'à la µs, en conservant l?influence fidèle de la structure atomique sous-jacente. De façon symétrique, cette approche multiéchelle est présente dans les différentes techniques expérimentales, qui vont des techniques microscopiques (diffusion de neutrons) aux plus mésoscopiques (RMN) et macroscopiques (RMN à gradient de champ pulsé), qui atteint des échelles temporelles jusqu?à la ms. Ce projet associe des chercheurs des différentes équipes du laboratoire LI2C (Université Paris VI) et un chercheur du Laboratoire Leon Brillouin (CEA-Saclay). Même si la modélisation de la dynamique dans des milieux chargés (suspensions colloïdales, solutions d?électrolytes, liquides ioniques, eau et ions organiques simples près de surfaces minérales) est l?objet d?études au LI2C depuis de nombreuses années, le cas des chaînes de polyélectrolytes, a fortiori dans un milieu poreux chargé, est totalement nouveau au LI2C. Toute l?expérience acquise précédemment sera cependant très précieuse. La force de la future équipe de recherche réside dans l?effort conjoint de théoriciens et d?expérimentateurs, ayant une expérience reconnue dans la modélisation ou la mesure des propriétés dynamiques de particules chargées et qui collaboreront étroitement pour étudier en parallèle les mêmes systèmes modèles.