Assemblages colloïdaux dans des gradients d'énergie libre – COATING

Que ce soit pour élaborer des matériaux toujours plus complexes ou simplement parce ce que nos corps ont développés des solutions pour lui résister, le séchage est un procédé au cœur de nos vies. L’eau a un rôle prépondérant dans notre monde et subit un cycle primordial lié à ses transitions de phase. Dès qu’un système aqueux est placé dans l’air, il y a évaporation. D’un point de vue thermodynamique, le système est soumis à une différence de potentiel chimique de l’eau ce qui conduit à la formation d’un champ d’énergie libre à l’interface air/liquide. Les systèmes colloïdaux nous entourent parce qu’ils contiennent une multitude d’espèces et peuvent donc conduire à une grande diversité de structures, propriétés et fonctions. Leur polyvalence provient d’interactions faibles dans le système, ce qui correspond à la matière molle. Les systèmes colloïdaux sont ainsi extrêmement sensibles aux gradients d’énergie libre, ce qui les conduit notamment changer leur structuration en fonction du potentiel chimique local. Dans le projet COATING, nous étudierons la boucle de rétroaction reliant le transport à la structuration, deux processus couplés pendant le séchage d’un système aqueux. Nous développerons une méthodologie expérimentale générique pour suivre la formation des gradients de composition et de structuration produits par l’évaporation et les relier aux propriétés de transport du système. La nouveauté de l’approche réside dans une description quantitative, la prise en compte de la non-idéalité dans l’étude du problème du séchage, ainsi que dans une approche interdisciplinaire englobant le séchage de dispersions colloïdales complexes et les biointerphases (films lacrymal, pulmonaire et peau). Nous utiliserons des cellules de séchage constituées de canaux millifluidiques placés dans une différence constante de potentiel chimiques, ce qui sera réalisé en pratique par une connexion à une extrémité du capillaire à un réservoir de solution et une exposition à l’autre extrémité à un courant d’air d’humidité contrôlée. Les systèmes aqueux colloïdaux placés dans ces cellules s’évaporeront, ce qui conduira à la formation de gradients de composition et de structuration. Ces gradients seront observés par une combinaison de techniques comme les microscopies optiques et Raman ainsi que la microscopie de diffusion de Rayons-X aux petits angles. Le transport sera suivi par des expériences de perte de masse. La non-idéalité sera quantifiée par des méthodes expérimentales de thermodynamique. Cette méthodologie sera appliquée à deux problèmes importants. Le premier problème est la transition dans le comportement au cours du séchage entre des dispersions colloïdales modèles et complexes. Cette complexité englobe notamment des particules molles, des surfaces entourées d’une couche polymérique ou l’ajout de tensioactifs ou de polymères en solution. En pratique, les systèmes réels appartiennent à cette catégorie complexe et ce projet conduira donc à de nouveaux développements technologiques. Le second problème porte sur l’étude de trois biointerphases nous protégeant de l’air extérieur : le film pulmonaire, la couche externe de la peau et le film lacrymal. Nous étudierons la structuration de ces films lipidiques en fonction de l’humidité relative et nous évaluerons notamment l’impact de cycles d’humidité sur les films pulmonaires et lacrymal ainsi que l’influence des tensioactifs d’une formulation sur la peau. Nous disposerons de nouvelles connaissances sur les mécanismes d’auto-régulation dans les membranes biologiques, ce qui ouvrira de nouvelles stratégies pour soigner des maladies de ces membranes ainsi qu’optimiser les formulations qui leur sont appliquées.