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Matière molle et interface physique-biologie
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Membranes, mousses et mouillage
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Si votre connexion le permet, voici une présentation du sujet en 5 mn: le film "La solidité des mousses liquides" (.mov - 50Mo, durée 5mn).
Sinon une petite photo ou un film vaut mieux qu’un long discours :
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… un champ électrique crée des défauts 'ad libitum' mouillants (goutte à cheval sur une bande mouillante de largeur millimétrique, à gauche) ou non mouillants (à droite, la même bande est devenue non mouillante pour une valeur différente du champ).
Dans le même esprit, des manipulations magnétiques de vertex permettent d’obtenir des mousses artificiellement désordonnées (photo de gauche) ou ordonnées (photo de droite).
Mousse artificiellement désordonnée.
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Mousse artificiellement ordonnée.
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On peut artificiellement forcer une bulle à changer de voisins.
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vitesse et déformation d'une mousse qui s'écoule (voir film)
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Quel est le point commun entre les mousses utilisées dans la lutte contre l'incendie, dans l'extraction de pétrole et les cosmétiques? Toutes les mousses fluides tendent à minimiser leur énergie de surface. Cela détermine leurs propriétés mécaniques. Par exemple, une mousse est élastique à petite déformation, et s'écoule sous une forte sollicitation. Pour comprendre ces limites, ainsi que le passage de l'une à l'autre, requiert de connaître tous les minima (métastables) d'énergie dans lesquels la mousse peut tomber. On aborde ainsi le problème mathématique de trouver la surface minimale qui entoure un ensemble de bulles de tailles données. Nous approchons cette question difficile en nous concentrant sur les mousses bidimensionnelles, par la théorie, les expériences et la simulation.
Comme les membranes de cellules vivantes sont structurées autour d'une bicouche de phospholipides, de nombreuses études se concentrent sur leurs interactions avec des protéines. Nous nous intéressons à des protéines alimentaires, comme l'ovalbumine ou la beta-lactoglobuline; ainsi qu'au peptide "pénétratine", un possible vecteur pour introduire un médicament dans une cellule. Outre des monocouches, des bicouches déposées et des vésicules, nous avons préparé et caractérisé des "bicouches libres" au voisinage d'un substrat, stable dans le temps, et hautement orientées. Puisqu'elles fluctuent dans un excès d'eau, elles constituent également un bon système pour observer des conséquences spectaculaires d'interactions bicouche-bicouche purement physiques, en particulier la répulsion d'origine entropique due aux fluctuations thermiques.
La dynamique d’étalement d’un liquide est limitée par l’existence d’un hystérésis entre l’avancée et le recul du fluide. L’origine microscopique de l’hystérésis réside dans les hétérogénéités du substrat, aussi bien " chimiques " (variations de l’énergie de surface) que " physiques " (rugosité de la surface) ; mais il existe jusqu’ici très peu d’expériences suffisamment controlées pour pouvoir être comparées aux théories actuelles.
Le contrôle de la mouillabilité via modification de l’énergie de surface d’un substrat par un champ électrique a été établi récemment au laboratoire ; nous avons adapté cette technique afin d’obtenir des surfaces très peu hystérétiques (~1°) sur lesquelles poussent de manière réversible des défauts d’amplitude contrôlable, à mouillants ou non mouillants. Ce dispositif expérimental permettra d’observer très simplement l’effet de l’amplitude de défauts purement chimiques sur l’hystérésis d’angle de contact.