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Comment faire pour que deux gouttes en contact ne fusionnent pas  ?

17 mars 2014

LP ENS Lyon - UMR 5672 , goutte , système bidimentionnel , colloïde

Des gouttes bidimensionnelles, composées de bâtonnets colloïdaux inclinés ne peuvent pas fusionner lorsque l’inclinaison des bâtonnets des deux gouttes est opposée sur la ligne de contact. Dans ce cas il se produit une fusion incomplète.

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Quand deux gouttes d’eau se rencontrent, souvent, elles fusionnent ou coalescent pour ne former qu’une seule goutte un peu plus grosse. Des physiciens viennent de montrer que ce phénomène omniprésent peut souffrir des exceptions. Une équipe de chercheurs internationaux, comprenant un physicien du Laboratoire de Physique de l’ENS Lyon (CNRS/ENS Lyon/Univ. Lyon 1) et des chercheurs américains, ont montré que des disques auto-assemblés formés de bâtonnets colloïdaux ne fusionnent que lorsque l’inclinaison des bâtonnets au contact est compatible. Cet effet, observé ici avec un système modèle pourrait permettre de comprendre l’organisation des systèmes de bâtonnets semi-conducteurs présents notamment dans des LED, batteries et cellules photovoltaïques. Ce travail est publié dans la revue Nature Communications.

Les bâtonnets utilisés par les chercheurs sont des virus, longs d’environ un micromètre pour un diamètre de 7 nanomètres. L’ajout d’un polymère non-adsorbant induit une interaction effective attractive entre les bâtonnets et, pour des conditions spécifiques, conduit au dépôt d’une monocouche de bâtonnets au contact les uns des autres et incliné par rapport à la surface de contact. Sur le pourtour d’une goutte à deux dimensions en forme de disque, les bâtonnets peuvent prendre deux positions : inclinés vers la gauche ou vers la droite. Il en découle deux types de gouttes miroir l’une de l’autre. Lorsqu’un disque gauche rencontre un disque droit, les bâtonnets au contact sont inclinés dans le même sens et la coalescence se fait naturellement. En revanche, lorsque deux disques de même orientation s’approchent l’un de l’autre, les bâtonnets au point de contact entre les deux disques sont penchés dans des directions opposées. Cela introduit une barrière topologique qui prohibe le processus conventionnel de coalescence comme il est observé entre deux gouttes de liquide. Les physiciens ont alors observé trois processus de coalescence originaux. Dans le premier cas, les deux disques forment initialement un pont et ensuite se tordent de 180° l’un par rapport à l’autre et coalescent. Dans les deux autres cas, la coalescence est incomplète et laisse des défauts entre les deux disques : une ligne tordue ou une alternance de pores et de ponts tordus. Finalement, les chercheurs ont montré qu’il est possible de créer, manipuler et transformer ces lignes de défauts. Ils ont ainsi imprimé des lignes défauts tordus à l’aide de pinces optiques sur de larges disques, ouvert et fermé des pores sur la ligne de torsion et cela de manière réversible en jouant sur l’inclinaison des bâtonnets. Les scientifiques travaillent maintenant sur les prochaines étapes : observer la coalescence entre disques de chiralité opposés et achiraux pour d’une part compléter notre compréhension du rôle qu’à la chiralité sur la coalescence et d’autre part essayer d’inhiber la formation de défauts en plein milieux des disques et ainsi fabriquer des surfaces auto-assemblées millimétriques homogènes, prémisses à toute application de cette recherche.

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(a) schéma de deux disques formé de bâtonnets colloïdaux. Le twist des bâtonnets sur bords de disques est à l’origine d’une coalescence atypique. (b) Coalescence par twist. Le plus petit disque twist de 180° pour coalescer avec le plus gros. (c) Ligne de défaut twisté résultat d’une coalescence incomplète. (d) Ligne de défauts alternant ponts twistés et pores résultat d’une coalescence incomplète. Images de microscope. Échelle : 10μm.

En savoir plus

Imprintable membranes from incomplete chiral coalescence
Mark J. Zakhary2, Thomas Gibaud1,2, C. Nadir Kaplan2,3, Edward Barry2, Rudolf Oldenbourg4, Robert B. Meyer2 et Zvonimir Dogic2, Nature Communications, DOI:10.1038/ncomms4063 (2014)

Contact chercheur

Thomas Gibaud, chargé de recherche CNRS

Informations complémentaires

1 Laboratoire de Physique de l’ENS Lyon
2 Department of Physics, Brandeis University, Massachusetts, USA
3 School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University, Massachusetts, USA
4 Marine Biological Laboratory, Woods Hole, Massachusetts, USA

Contacts INP

Jean-Michel Courty,
Catherine Dematteis,
Simon Jumel,
inp-communication cnrs-dir.fr