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– SURFOIDS

Résumé de soumission

On se propose d'étudier le comportement de particules micrométriques piégées sur une interface liquide-liquide. Les situations expérimentales que nous envisageons sont analogues à celles mise en œuvre dans la formulation de matériaux de grande surface spécifique (émulsions de Pickering, mousse stabilisées par des solides, revêtements…) La distribution de protéines membranaires dans le réticulum endoplasmique des cellules eucaryotes est un autre exemple de particules piégées sur une interface liquide. De plus des méthodes récentes de mise en forme de matériaux colloïdaux élaborés pour le contrôle de la porosité ou pour l'obtention de matériaux photoniques mettent en œuvre des forces capillaires entre particules micrométriques ancrées sur des interfaces fluides. Dans un contexte international où des travaux importants ont été publiés récemment, notre projet trouve son originalité dans la mise en œuvre d'une ingénierie fine des systèmes (des particules et des interfaces mises en jeu) comme source de la mise en évidence et de la compréhension physique de leur comportement macroscopique. Dans une première phase du projet, nous nous focaliserons sur le comportement d'une particule unique. La déflection sera mesurée par une méthode interféromètrique autour d'une particule immobilisée par piège optique. La forme, la taille et la composition chimique superficielle de la particule seront les paramètres variables de cette étude. Nous mettrons également un soin particulier à préparer des interfaces liquides structurées. L'emploi de cristaux liquides permettra d'introduire des couplages élastiques entre la particule et l'interface qui la piège ; la distorsion de l'interface résultera alors d'un compromis entre les forces capillaire et les forces élastiques. La généralisation de l'équation de Laplace pour son application aux interfaces de matériaux mous nous permettra d'élaborer des modèles prédictifs de la déflection. Un point de vue complémentaire consiste à se demander quelle sera la position d'équilibre d'une particule sur une surface inhomogène en courbure. De telles situations peuvent être établies expérimentalement de plusieurs façons : soit en perturbant l'interface en y introduisant des objets macroscopiques, soit en déposant des gouttes de liquide sur un substrat micro-structuré. Des surfaces de courbure modulée seront également obtenues en contrôlant la distribution de défauts au sein d'un cristal liquide. En utilisant simultanément plusieurs pièges optiques, nous caractériserons topographiquement le champ de force auquel la particule est soumise. Le champ de force sera exprimé théoriquement en développant les termes multipolaires pertinents en y intégrant les degrés de liberté de la ligne de contact. Connaissant mieux l'interaction particules-interface on pourra alors s'attacher à caractériser le comportement collectif de particules aux interfaces. Le recouvrement des zones de distorsion de l'interface se traduit par une interaction effective entre particules. La perturbation du champ de force auquel est soumise la particule, au voisinage d'une seconde particule sera mesurée. Compte tenu de l'amplitude des interactions capillaires, l'augmentation du taux de recouvrement de la surface risque de conduire à des situations d'équilibre gelé. En utilisant des particules magnétiques, nous espérons disposer d'un contrôle de la température effective du système et être capable de procéder à des recuits. Néanmoins, des effets cinétiques risquent de dominer dans le cas général et nous nous intéresserons aux formes d'agrégation qui s'établissent dans divers champs de force. Un défi intéressant serait de faire croître épitaxiallement un cristal de particules à la surface d'un cristal liquide. Notre capacité à moduler l'interaction élastique ouvrirait la voie de l'étude de la physique de phénomènes bidimensionnels tels que la fusion de cristaux ou la percolation de défauts topologiques. Le projet est porté par des physiciens expérimentateurs familiers des méthodes optiques. Il repose sur une collaboration avec des physiciens théoriciens mais aussi des chimistes et physico-chimistes. Le projet nécessite la mise en place de méthodes modernes de synthèse de particules ou de micro-gravures des surfaces par lithographie, qui bénéficiera grandement de cette collaboration. Le soutien de l'ANR est sollicité pour la mise en place des méthodes optiques de piégeage et pour le financement d'un post-doctorat de deux ans.

Coordination du projet

Maurizio NOBILI (Organisme de recherche)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Aide de l'ANR 220 000 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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