Diffusion hors équilibre en milieu complexe – NoDiCE

La diffusion est à l'origine d'un grand nombre de processus structurels et de transport microscopiques. En outre, de nombreux contextes nanotechnologiques et biologiques à l'échelle macromoléculaire impliquent l'injection d'énergie aux interfaces, notamment dans le cadre d'écoulements de cisaillement dissipatifs et de la réactivité chimique. Au cours du siècle dernier, les théories d'Einstein et de Boltzmann ont permis de décrire des systèmes en équilibre, mais elles ne sont pas applicables en cas d'apport continu d'énergie. Ces situations microscopiques de non-équilibre sont loin d'être exceptionnelles, mais elles sont difficiles à observer avec précision et à décrire à l'aide de la théorie statistique. L'objectif de NoDiCE est donc de concevoir des expériences modèles plaçant des particules colloïdales fonctionnelles dans des environnements complexes, hors équilibre, avec une évaluation quantitative basée sur des observations délicates et simultanées des mouvements advectifs et diffusifs des particules, et de leur organisation spatiale précise. Nos observations exploitent la microscopie à ondes évanescentes pour observer des nanoparticules fluorescentes entraînées hors équilibre dans des dispositifs microfluidiques, ce qui permet d'obtenir une précision nanométrique en 3D à des échelles temporelles de l'ordre du kHz. Les spectroscopies de corrélation de fluorescence et de force atomique complètent ces mesures, offrant une largeur de bande de DC à MHz et une précision spatiale similaire. Nous démontrerons comment des interactions non triviales d'origine hydrodynamique avec une interface révèlent de nouvelles stratégies d'auto-organisation à l'échelle nanométrique, ce qui nécessite une composante hydrodynamique dans la théorie statistique. Nous aborderons ensuite un débat scientifique récent sur la mesure dans laquelle le mouvement brownien peut être influencé par des environnements réactifs et par la catalyse. Enfin, nous combinons ces éléments avec des particules qui présentent une liaison spécifique aux surfaces et qui sont entraînées hors de l'équilibre par un flux contrôlé de l'extérieur. Les connaissances fournies par nos expériences modèles ouvrent la voie au développement de stratégies d'auto-assemblage révolutionnaires, à l'analyse des voies de réaction basée sur la dynamique des particules et à d'éventuels outils de diagnostic de la prochaine génération.