Micromécanique de la rupture des gels – GelBreak

Un gel est un solide mou composé de deux phase imbriquées : un réseau solide et un solvant liquide. La rupture de ces matériaux mou et hétérogènes est mal comprise alors qu'elle détermine la consistance - donc le succès - des produits de l'industrie agroalimentaire mais aussi la durée de vie des prothèses articulaires de prochaine génération. Afin d'élaborer de nouvelles stratégies pour contrôler la rupture des gels, une compréhension microscopique est nécessaire. En particulier nous voulons comprendre où et comment est dissipée l’énergie injectée par un stimulus mécanique extérieur afin de pouvoir contrôler le délais avant rupture du matériau.

Notre stratégie consiste à agrandir le problème en utilisant des gels colloïdaux constitués de grosses particules afin de rendre les processus élémentaire directement visible par microscopie optique. Ces système modèle seront extrêmement mous, nous aurons donc besoin de mettre au point un appareil capable d'appliquer des efforts mécaniques à la fois faibles et contrôlés tout en permettant l'observation microscopique 3D de la structure du gel par microscopie confocale. Nous nous intéresserons à deux systèmes colloïdaux : l'un aux interactions parfaitement contrôlées pour comprendre la répartition interne des efforts et leurs évolutions, l'autre issu de l'agroalimentaire qui imite plus fidèlement les gels de protéines et donc plus proche des applications. Nous commencerons par comprendre par quels mécanismes à l'échelle des particules individuelles se produit la rupture différée dans notre système le plus modèle. Ensuite nous comparerons ces résultats avec le gel plus réaliste et, après une étape de modélisation, nous chercherons des moyens pour contrôler la dissipation.

Nos résultats pourrons aider à formuler des gels alimentaires pour obtenir des propriétés mécaniques recherchées. En particulier, l'agroalimentaire pourrait remplacer des protéines animales gourmandes en ressources par des protéines végétales plus durables, et ce en gardant la même consistance en bouche du produit final. A un niveau plus fondamental, nos résultats pourront s'appliquer également aux gels polymériques pour leur permettre de résister aux sollicitations extrêmes in vivo, par exemple en tant que cartilage artificiel.