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Posté par Redbran le Jeudi 26/04/2018 à 12:00
Visualiser la congélation d'émulsions en 5 dimensions grâce à la microscopie confocale
Particules, gouttes, bulles, cellules... Observer leur congélation lorsqu'elles sont en suspension reste difficile. Lors de la solidification, des interactions complexes et encore mal comprises se mettent en place, contrôlant la microstructure finale des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) solidifiés. Dans Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large. L'ensemble de connaissances,...), des chercheurs du Laboratoire de synthèse et fonctionnalisation des céramiques (CNRS/Saint-Gobain CREE) et du laboratoire Sciences et ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements d'une installation technique ou industrielle.) de la matière molle (La matière molle rassemble des états de la matière ou des matériaux connaissant une réponse forte pour un très faible signal de commande. Par exemple, les...) (CNRS/ESPCI Paris/PSL Research University/Sorbonne Université) montrent qu'il est possible d'utiliser la microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des éléments invisibles à...) confocale pour étudier ces interactions in situ et que la présence de tensioactif (Un tensioactif ou agent de surface est un composé qui modifie la tension superficielle entre deux surfaces. Les composés tensioactifs sont des molécules amphiphiles, c'est-à-dire qu'elles présentent deux parties de polarité...) joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir...) un rôle essentiel dans l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) goutte/cristal de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.). Ce qui répondrait à des questions posées en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles...) avec la cryopréservation des cellules ou en métallurgie (La métallurgie est la science des matériaux qui étudie les métaux, leurs élaborations, leurs propriétés, leurs traitements. Par extension, on désigne...), notamment.


Observation par microscopie confocale de la congélation (On appelle congélation toutes technique visant à faire passer un produit à l'état solide par des techniques de refroidissement forcé. On parle de congélation principalement pour l'eau et les produits qui en...) d'émulsion. Il est ainsi possible d'observer la déstabilisation en gouttelettes de films liquides entre les cristaux (haut) ou la formation d'agrégats de gouttelettes lorsque celles-ci sont rejetées par la glace pendant suffisamment longtemps (bas).
©Dmytro Dedovets et Sylvain Deville

Étudier le comportement d'objets en suspension ( Le fait de suspendre des particules En chimie, la suspension désigne une dispersion de particule. En géomorphologie, la suspension est un mode de transport des sédiments. Le...) ? comme des particules céramiques ajoutées à un alliage (Un alliage est une combinaison d'un métal avec un ou plusieurs autres éléments chimiques.) métallique ? pendant la solidification (La solidification est l'opération au cours de laquelle un liquide passe à l'état solide. Cela peut se faire par refroidissement (cas le plus courant),...) est une prouesse. En effet, les objets sont souvent petits (quelques microns), les cristaux poussent vite (quelques microns par seconde) et les températures sont parfois élevées. Des chercheurs du Laboratoire de synthèse et fonctionnalisation des céramiques (CNRS/Saint-Gobain CREE) et du laboratoire Sciences et Ingénierie de la Matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide,...) Molle (CNRS/ESPCI Paris/Sorbonne Université) prouvent qu'il est possible d'utiliser la microscopie confocale pour étudier in situ l'interaction entre les gouttelettes d'huile (L'huile est un terme générique désignant des matières grasses qui sont à l'état liquide à température ambiante et qui ne se mélangent pas à l'eau, mais, est cependant plus...) et les cristaux de glace en 5 dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une...): 3 dimensions d'espace, le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) et une quantification de la concentration en soluté (ici, un tensioactif). Des solutés sont en effet souvent ajoutés pour améliorer le succès des protocoles de cryopréservation, par exemple.

Les chercheurs ont pu suivre la redistribution des gouttelettes d'huile et du tensioactif pendant la congélation et mettre en évidence le rôle essentiel du tensioactif: celui-ci induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou en force (moteur).) des interactions à longue distance entre les gouttelettes et le front de solidification et ces interactions contrôlent la répartition des gouttelettes dans la glace.

Les émulsions se révèlent être un modèle pour comprendre la structuration d'alliages métalliques renforcés par des particules ou les effets de soluté lors de la cryopréservation des cellules reproductrices ou sanguines. De plus, l'approche permet d'analyser le comportement de plusieurs centaines d'objets, ce qui fournit des statistiques (La statistique est à la fois une science formelle, une méthode et une technique. Elle comprend la collecte, l'analyse, l'interprétation de données ainsi que...) remarquables.


Références publication:
Dmytro Dedovets, Cécile Monteux, Sylvain Deville
Five-dimensional imaging of freezing emulsions with solute effects
Science ? Avril 2018
DOI: 10.1126/science.aar4503

Contacts chercheurs:
- Sylvain Deville, LSFC UMR3080, Saint-Gobain (Saint-Gobain est une entreprise française qui produit, transforme et distribue des matériaux. Elle est présente dans 64 pays à travers le monde et elle emploie 191 500 personnes en 2009.) CREE
- Cécile Monteux, SIMM UMR7615, ESPCI

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Source: CNRS INC
 
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