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Se déplacer en transportant un objet allongé rigide comme une poutre ou une canne à pêche est toujours délicat, surtout si les lieux sont encombrés. Cette constatation reste vraie à l’échelle microscopique, dans les cellules biologiques, les matériaux poreux, les polymères. Mais passé cette simple observation, une caractérisation plus précise de la dynamique d’un filament rigide dans un environnement encombré reste un défi expérimental et théorique. Des scientifiques bordelais, spécialistes de la microscopie de nano-objets individuels, en collaboration avec des collègues américains et hollandais, viennent d’établir pour la première fois, qu’une très légère flexibilité de filaments rigides était suffisante pour accélérer considérablement la diffusion des filaments dans un milieu très confiné. Ces travaux de recherche réalisés au Centre de Physique Moléculaire Optique et Hertzienne (CPMOH - CNRS / Univ. Bordeaux 1) par Laurent Cognet, directeur de recherche au CNRS et Brahim Lounis, professeur à l’Université Bordeaux 1, font l’objet d’une publication dans la revue Science du 24 décembre 2010.
Pour un objet allongé et souple, tel le spaghetti, le déplacement dans un milieu encombré est bien compris depuis de nombreuses années. Dès le début des années 70, Pierre-Gilles De Gennes décrivait qu’en ondulant à la manière d’un serpent, l’objet peut progresser facilement en présence d’obstacles multiples : les déplacements latéraux et de rotation sont très limités tandis que les déplacements le long de l’axe de l’objet sont relativement libres. De nombreuses études expérimentales sur les polymères ont depuis montré le lien entre la dynamique d’une seule de leur chaîne et les comportements physiques macroscopiques complexes de leur ensemble. Ces études ont confirmé la validité du modèle prédit dans le cas de filaments souples. En revanche, aucune étude n’était disponible pour le cas important des filaments rigides ou semi-rigides. Pour aborder ce problème, les physiciens ont utilisé des nanotubes de carbone monoparois comme système modèle de polymères rigides et étudié leurs mouvements dans des gels aqueux. La rigidité de chaque nanotube a été mesurée puis, son déplacement a été filmé à haute cadence pendant plusieurs dizaines de minutes. Ces mesures montrent qu’une souplesse, même modeste, a un rôle essentiel dans le déplacement d’un filament. Les ondulations de ce dernier dues à l’agitation thermique, induisent des effets de reptation qui accélèrent considérablement leur mouvement dans un milieu encombré.
- © CNRS/Université de Bordeaux/Rice University/ Vrije Universiteit
- Nanotube de carbone individuel luminescent (de diamètre 0.8 nanomètres et de longueur 5 micromètres) ondulant dans un milieu encombré. Le chemin emprunté par le nanotube (couleur) est illustré en gris.
En savoir plus
Brownian motion of stiff filaments in a crowded environment, Nikta Fakhri1, Frederick C. MacKintosh2, Brahim Lounis3, Laurent Cognet3, Matteo Pasquali1, Science, 24 décembre 2010.
Lire le communiqué de presse régional du CNRS
Contacts
Chercheurs :
Laurent Cognet | T 05 40 00 62 12
Brahim Lounis | T 05 40 00 83 55
A compter du 1er janvier 2011, ils exerceront tous deux leurs activités au sein du Laboratoire photonique, numérique et nanosciences (LP2N). Ce laboratoire est rattaché à l’Institut d’optique graduate school, au CNRS et à l’Université Bordeaux 1.
Presse :
Caroline Cohen, Délégation CNRS Aquitaine-Limousin | T 05 57 58 35 49
Informations complémentaires
1Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Department of Chemistry, The Smalley Institute for Nanoscale Science & Technology, Rice University, Houston, Texas, USA
2Department of Physics and Astronomy, Vrije Universiteit, Amsterdam, Netherlands
3Centre de Physique Moléculaire Optique et Hertzienne, UMR 5798 :
Contacts INP
Jean-Michel Courty,
Catherine Dematteis,
Karine Penalba,
inp-communication cnrs-dir.fr
