Confinement des Polymères en Solution : Recherches Optiques Avancées Sous Confinement Extrême – CoPinS

L’objectif du projet Confinement des Polymères en Solution (CoPinS) est l’étude de la dynamique des solutions de polymères au voisinage d’une surface avec une résolution quasi-moléculaire en 3D. Les solutions étudiées seront dans un régime de concentration dit semi-dilué qui, jusqu'à présent a reçu moins d’attention que le régime dit fondu (pour lequel il n'y a pas de solvant) et les solutions diluées (molécules indépendantes). Dans cette situation relativement complexe, il existe une échelle de longueur variant continument en volume (la longueur de corrélation, LC) contrôlée par la concentration en polymères. Cette LC peut varier de quelques à quelques nanomètres à plusieurs centaines de nanomètres. Loin des surfaces, l’influence de cette grandeur sur les propriétés morphologiques (microscopiques) et rhéologiques (macroscopiques) est bien comprise. Cependant, plusieurs études récentes ont montré que son effet sur le transport près d’une surface, pourtant impliqué dans de nombreux procédés industriels, reste peu compris.

Une surface dans une solution semi-dilué rend la situation plus complexe car elle peut favoriser la présence d’une des deux espèces (polymère ou solvant) à son voisinage en fonction de leurs énergies d’interaction, ce qui peut influer sur l'hydrodynamique résultante. De plus, l’effet des interactions hydrodynamiques sur ce phénomène est inconnu. Ce manque de connaissance existe même pour des solutions constituent une classe importante de matériaux, trouvant par exemple des applications dans la production mondiale d'énergie. Dans cet exemple, les solutions sont entrainées à travers des milieux poreux dans lesquels les surfaces ont une importance déterminante sur l’écoulement. Alors que la façon dont les polymères s’accrochent ou glissent le long des parois joue un rôle essentiel dans le succès du processus, une compréhension de base de ces phénomènes n'est pas encore atteinte. Pour pallier ce manque, le projet CoPinS nous permettrait d'étudier en détail les flux des polymères semi-dilués dans des dispositifs microfluidiques (i.e. des pores modèles). Des surfaces avec des proprietés phisico-chimiques variées pourront être étudiées (couches hydrophobes ou hydrophiles, polymères greffés ou adsorbés), dans une large gamme de poids moléculaire et de concentration en polymères dissous, permettant de balayer une large gamme de la LC.

Dans de nombreux contextes, notamment biologiques et médicaux, les flux de polymères sont déterminés non seulement par des gradients de pression, mais aussi par des gradients chimiques, thermiques et électriques. Une grande partie du projet sera donc axée sur la compréhension de la façon dont ces différentes forces peuvent imposer divers flux interfaciaux. Si la compréhension physique des flux sous pression est partiellement comprise, la mobilité interfaciale des polymères pilotée par d’autres forces reste totalement inconnue à ce jour.

Le principal outil de nos recherches expérimentales sera la microscopie de fluorescence par réflexion totale interne (TIRF), permettant un suivi tri-dimensionnelle des traceurs et ainsi d’obtenir les propriétés d’un écoulement à l’échelle nanométrique. Cet instrument TIRF a une longue histoire dans le domaine des sciences biologiques ciblée aux surfaces ; par la suite il a été développé en tant que sonde à haute performance pour la matière molle. Ce n'est que récemment que cet équipement est devenu capable de sonder des écoulements avec une résolution macromoléculaire, et c'est sur cette base que le projet CoPinS sera lancé pour cibler la dynamique interfaciale des solutions de polymères semi-dilués. Le projet réunit une grande équipe de scientifiques spécialistes des polymères. Le financement permettra la création d'un groupe de recherche indépendant qui collaborera avec cette équipe pour découvrir la dynamique moléculaire des polymères aux interfaces dans un domaine très prometteur et soulevant à l’heure actuelle de très nombreuses questions.