Mesure d'un mouvement brownien de particules un peu particulières

Publié par Redbran le 28/09/2021 à 13:00
Source: CNRS INP
Grâce à l'interférométrie optique, des chercheurs sont parvenus à mesurer les trajectoires de billes de polystyrène micrométriques en solution, à proximité d'une surface. L'analyse de ces trajectoires permet de déduire, avec une précision inédite, plusieurs paramètres physiques concernant ces colloïdes, leur dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) et la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) voisine.


Vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités...) d'une bille de polystyrène (Le polystyrène (PS en abrégé) est le polymère -(CH2-CH(Ph))n-, obtenu par la...) éclairée (en blanc) par un faisceau lumineux qui vient d'en haut, avec la projection (La projection cartographique est un ensemble de techniques permettant de représenter la surface de...) de la figure d'interférence (En mécanique ondulatoire, on parle d'interférences lorsque deux ondes de même type...) en forme d'anneaux concentriques sur le plan du bas. Crédit: Pierre Savary.

Les colloïdes sont formés de petites particules, nanométriques ou micrométriques, en suspension ( Le fait de suspendre des particules En chimie, la suspension désigne une dispersion de...) dans un liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...). Ces particules sont animées d'un mouvement aléatoire dû aux chocs avec les molécules du liquide agitées par l'effet de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...): c'est le mouvement brownien (Le mouvement brownien, ou processus de Wiener est une description mathématique du mouvement...). Les implications de ce mouvement brownien sont nombreuses en physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...), en chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) ou en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....). A une époque où l'on considère souvent des systèmes miniaturisés ou confinés, comme par exemple en microfluidique (La microfluidique est la science et la technologie des systèmes manipulant des fluides et dont...) et en microbiologie (La microbiologie est une sous-discipline de la biologie basée sur l'étude des...), il devient fondamental de prendre en compte le rôle joué par les surfaces frontières délimitant le colloïde (Un colloïde est une substance sous forme de liquide ou galénique semi-solide sous...). En effet, lorsque les dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce...) diminuent, les effets de surface augmentent jusqu'à modifier de façon significative les statistiques browniennes.

Dans ce travail, des physiciens du Laboratoire ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) et matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) d'Aquitaine (LOMA, CNRS/Université de Bordeaux) présentent une nouvelle méthode interférométrique pour mesurer les trajectoires de billes micrométriques de polystyrène en situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un...) de confinement et aux interfaces. Cette méthode présente l'avantage de ne pas nécessiter de calibration et d'offrir une résolution spatiale nanométrique sur une large plage (La géomorphologie définit une plage comme une « accumulation sur le bord de mer de...) spatio-temporelle. En analysant les distributions de positions et de déplacements déduites de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) des trajectoires, les chercheurs observent l'effet d'une mobilité réduite due à la proximité à la surface. De plus, en mettant en oeuvre pour la première fois un schéma statistique (La statistique est à la fois une science formelle, une méthode et une technique. Elle...) avancé récent, ils remontent à tous les paramètres physiques clé et à toutes les observables. Ils remontent notamment aux forces de surface avec une résolution de l'ordre du femtonewton (10-15 N), limitée uniquement par le bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son....) thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...). Ces résultats sont publiés dans la revue Physical review research.

La méthode présentée dans cette étude constitue une mesure ultraprécise des effets de surface, qui pourrait avoir des implications importantes dans la compréhension de mécanismes fondamentaux. Par exemple, en remplaçant la surface par une cellule biologique, on imagine obtenir des informations sur la rigidité de cette cellule ou sur les charges qu'elle possède en surface, et, plus globalement, sur les propriétés mécaniques de ces objets biologiques.

Référence:
Stochastic inference of surface-induced effects using Brownian motion. M. Lavaud, T. Salez, Y. Louyer, Y. Amarouchene, Physical Review Research, paru le 8 July 2021.
DOI: 10.1103/PhysRevResearch.3.L032011.
Texte disponible sur les bases d'archives ouvertes HAL et arXiv.

Contacts:
- Yacine Amarouchene - Chargé de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...), Laboratoire ondes et matière d'Aquitaine - yacine.amarouchene at u-bordeaux.fr
- Thomas Salez - Chargé de recherche CNRS, Laboratoire ondes et matière d'Aquitaine - thomas.salez at u-bordeaux.fr
- Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) INP - inp.com at cnrs.fr
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