Projet ANR-14-CE07-0039 – SURFANICOL : Structure et Dynamique de micro-ellipsoïdes actifs et passifs à une interface fluide
Programme : Produits (conception, procédés et matériaux) (DS0303) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Maurizio NOBILI (Laboratoire Charles Coulomb)
Partenaires : Laboratoire public; HKUST The Hong Kong University of Science and Technology
Montant : 251460.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 60 mois
Résumé : Le but du projet SURFANICOL est d’étudier la structure et la dynamique de particules anisotropes aux interfaces et en particulier les manifestations du couplage entre les degrés de liberté de translation et de rotation sur le mouvement de particules individuelles et sur le comportement de phases de systèmes concentrés. Le projet implique une équipe de physiciens et de physico-chimistes de Montpellier et une équipe de physiciens de Hong Kong. Ces deux équipes partagent des compétences en hydrodynamique et se distinguent chacune par une expertise en nanotechnologie pour Hong Kong et une expertise en optique et en physico-chimie pour Montpellier.
De nombreux procédés industriels sont fondés sur le piégeage de particules solides à des interfaces fluides : on peut citer la stabilisation des émulsions dans les industries alimentaires ou pharmaceutiques ou la flottaison appliquée au traitement des eaux usées et à la séparation des minerais. L’optimisation de ces procédés repose sur une meilleure connaissance du comportement individuel et collectif des particules, mais jusqu’à présent, l’intérêt académique s’est porté essentiellement sur des particules sphériques.  
La première partie du projet sera consacrée à l’étude de particule individuelle. Nous attendons une amplification des couplages translation-rotation lorsque les particules sont piégées aux interfaces et porterons une attention particulière au passage de la particule de la solution à l’interface, lorsque, aux forces visqueuses, vient progressivement s’ajouter la friction solide de la ligne triple. L’utilisation de colloïdes actifs, c’est-à-dire propulsés grâce à une réaction catalysée par leur surface, nous offrira un moyen nouveau de contrôler ce couplage, puisque la puissance motrice fournie par la réaction dépend de l’orientation de la particule qui reste soumise à des fluctuations thermiques.
Dans la deuxième partie du projet nous étudierons le rôle du couplage translation-rotation dans la structure et la dynamique de phases 2D concentrées, nématique, hexatique, et vitreuse. Pour tempérer les interactions capillaires nous travaillerons sur des interfaces de faible tension, en jouant sur la proximité du point critique de mélanges immiscibles. L’utilisation de colloïdes actifs permettra aussi de surmonter les barrières cinétiques érigées par les forces capillaires.
Le projet s’articule autour de plusieurs tâches dont la première sera la préparation des particules et des interfaces adaptées aux études envisagées. Dans la seconde, des mesures holographiques sous pinces optiques multi-pièges, qui seront développées dans l’équipe de Montpellier, nous révèleront la dynamique d’approche des particules vers les interfaces, jusqu’à leur piégeage. Ces mesures seront associées à des mesures de force sur particules uniques développées à Hong Kong à partir d’un microscope à force atomique. Enfin, les transitions de phase en deux dimensions seront observées par vidéomicroscopie, dont les enregistrements seront analysés par des codes développés à Hong Kong et qui permettent sur un grand ensemble, une résolution au niveau de la particule unique.
Le succès du projet SURFANICOL repose sur un soutien de l’ANR pour le financement de deux doctorants dont le co-encadrement par les deux équipes facilitera l’échange d’expertise.