Des nanobâtonnets comme sondes ultimes de l'écoulement des fluides

Publié par Redbran le 07/11/2017 à 12:00
Source: CNRS-INP
Grâce à la synthèse de nanobâtonnets de phosphate de lanthane, des chercheurs sont parvenus à cartographier expérimentalement l'écoulement d'un fluide dans des canaux de très petite taille.

Comment s'écoule un fluide dans un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) capillaire plus ou moins complexe ? Cette question est à la base de nombreuses études, comme celles sur la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles...) dans les vaisseaux sanguins afin de comprendre, par exemple, l'accumulation contre les parois de matières lipidiques à l'origine de l'athérosclérose. En parallèle de simulations d'hydrodynamiques toujours plus performantes, les études expérimentales se heurtent à la difficulté de caractériser des écoulements à toute petite échelle, de l'ordre de quelques centaines de nanomètres.


a: image de microscopie électronique à balayage des nanobâtonnets de LaPO4
b: schéma montrant l'alignement des nanobâtonnets dans un écoulement sous l'effet des forces de cisaillement
c: Schéma d'un canal microfluidique (La microfluidique est la science et la technologie des systèmes manipulant des fluides et dont...) ayant été étudiée
d: cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le...) du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de cisaillement dans le fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette...) en écoulement

Une équipe de chercheurs a synthétisé des nanocristaux de phosphate (Un phosphate, en chimie inorganique, est un sel d'acide phosphorique résultant de l'attaque...) de lanthane (Le lanthane est un élément chimique, de symbole La et de numéro atomique 57.) (LaPO4) ayant la forme de bâtonnets de 10 nm de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...) et 200 nm de longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...). Ils ont montré que ces petits bâtonnets s'alignent sous l'effet des forces de cisaillement qui accompagnent l'écoulement du fluide dans lequel ils sont dispersés ; un peu comme des bûches flottant sur une rivière (En hydrographie, une rivière est un cours d'eau qui s'écoule sous l'effet de la...) finissent par s'orienter dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...) du courant. De plus, l'insertion d'ions luminescents comme l'europium (L'europium est un élément chimique, de symbole Eu et de numéro atomique 63.) (Eu3+) dans ces nanocristaux confère aux bâtonnets des propriétés d'émission de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) fortement polarisée. Autrement dit, la forme du spectre d'émission observé dépend de l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil...) du bâtonnet (En biologie, le bâtonnet (ou « cellule en bâtonnet ») est une cellule...). Dans ces conditions, une mesure simple de la lumière émise par ces bâtonnets permet de retrouver assez directement leur orientation spatiale.

Partant de ces deux effets – l'alignement des bâtonnets dans un écoulement et la possibilité de déterminer leur orientation par observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) au microscope – l'idée développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de...) dans cet article consiste à utiliser ces bâtonnets pour analyser, en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) réel et avec une résolution inégalée, l'écoulement d'un fluide dans un canal fluidique de taille micrométrique. Ce travail ouvre des perspectives prometteuses pour la compréhension fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) de phénomènes liés aux écoulements d'un fluide dans des canaux complexes. Au-delà, ces sondes d'orientation pourraient également être utilisées en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....), pour suivre in-situ les mécanismes liés à la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) d'orientation de bio-macromolécules, par exemple des protéines comme la myosine, afin d'en expliquer les propriétés et leurs modes d'action.

Ce travail particulièrement pluridisciplinaire publié dans la revue Nature Nanotechnology a mobilisé les compétences des chercheurs de différentes communautés en chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) et physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...), en spectroscopie et microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) et en hydrodynamique, dans le cadre d'une collaboration internationale franco-néerlandaise impliquant le Laboratoire de physique de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) condensée et le Laboratoire d'hydrodynamique (CNRS, Ecole Polytechnique, Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) Paris- Saclay) et l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) Van't Hoff pour les Sciences Moléculaires (Université d'Amsterdam).

Référence publication:
Monitoring the orientation of rare-earth doped nanorods for flow shear tomography
JW Kim, S. Michelin, M. Hilbers, L.Martinelli, E. Chaudan, G. Amselem, E. Fradet, J-P. Boilot, A.M. Brouwer, C. N. Baroud, J. Peretti et T. Gacoin
Nature Nanotechnology (2017), doi:10.1038/nnano.2017.111

Contact chercheur:
Thierry Gacoin, directeur 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...)

Informations complémentaires:
Laboratoire de physique de la matière condensée (LPMC, CNRS/X)
Cet article vous a plu ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 0.221 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique