Projet ANR-12-BS09-0031 – PLUSDIL : Opto-acoustique picoseconde pour le diagnostic en cisaillement d'interfaces liquides à l'échelle nanométrique
Programme : Blanc - SIMI 9 - Sciences de l'Ingénierie, Matériaux, Procédés, Energie (Blanc SIMI 9) 2012
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Vitali GOUSSEV (Institut Molécules et Matériaux)
Partenaires : Institut des Molécules et Matériaux du Mans
Montant : 203424.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 36 mois
Résumé : La compréhension de la structuration des nano-films liquides au niveau des interfaces est essentielle pour de nombreuses applications telles que le transport de chaleur ou de particules ou bien telles que la nanofluidique. Cependant, les connaissances sur la structuration des liquides à l'échelle nanométrique sont à ce jour très limitées. Une chose néanmoins établie est que la structuration des liquides dans la direction normale à l'interface liquide/solide s'articule en couches minces dont l'épaisseur de chacune est du même ordre de grandeur que la taille d’une molécule de liquide. Malheureusement, la maîtrise des paramètres mécaniques de chaque couche (tels que leurs masses, les rigidités, et la distribution des molécules dans la couche), ainsi que la compréhension des interactions entre les différentes couches et entre les couches et le solide sont très insuffisantes et les études donnent parfois des résultats contradictoires. De plus, les données sur la rigidité des liquides aux interfaces dans la direction parallèle à la surface (c'est-à-dire la rigidité transverse ou de cisaillement) sont rares contrairement au cas de la direction normale. La question de la dissipation de l'énergie vibratoire dans les liquides nanostructurés et confinés est pratiquement inexplorée jusqu'à maintenant. En fait, la mauvaise compréhension de la physique fondamentale des liquides confinés et structurés à l'échelle nanométrique est notamment liée au manque d'outils expérimentaux permettant de donner des informations complètes sur les propriétés physiques et la réponse dynamique de ces nanostructures aux interfaces liquide/solide.
L'objectif principal de ce projet sera d'obtenir de nouvelles informations fondamentales sur les propriétés physiques dynamiques élastiques et inélastiques des liquides structurés à leurs interfaces avec des solides à une échelle fréquentielle allant de 10 GHz jusqu'à 300 GHz. Cette gamme de fréquences est inaccessible via les techniques expérimentales couramment utilisées telles que la diffusion des rayons X, la microscopie à force acoustique, la mesure de force de surface, … De plus, cette bande fréquentielle approche celle des modes propres de vibration récemment découverts à l’interface eau/GaN. Les études permettront le développement de solutions tout-optiques innovantes de génération et de détection, grâce à des lasers femtoseconde, d'ondes acoustiques de cisaillement dans des liquides, dans la gamme de fréquence 10 GHz - 300Hz. Les longueurs d’ondes acoustiques obtenues se situeront donc dans l'intervalle 30 nm - 1 nm, ce qui offrira une sensibilité à l'échelle nanométrique pour l’étude de la structuration des liquides. Les expériences dites de nanoacoustique ainsi réalisées permettront pour la première fois d'obtenir des informations à l'échelle nanométrique sur la rigidité et la viscosité dynamiques transverses des liquides structurés. Ces paramètres sont méconnus, même au-delà de la bande de fréquences mentionnées alors qu'ils sont extrêmement importants dans des domaines de recherche tels que la rhéologie, la tribologie et la nanofluidique. Cet objectif sera atteint grâce : a) à l'amélioration de la technique d'acoustique picoseconde pour générer et détecter les ondes acoustiques de cisaillement, et b) au développement de nouvelles solutions pour la génération et la détection des ondes acoustiques de cisaillement basées sur l'utilisation de réseaux de diffraction transitoire photo-induits par des lasers femtosecondes.
Les techniques expérimentales développées pourront être appliquées non seulement à l'étude des liquides nanostructurés, mais aussi pour d'autres nanomatériaux et nanostructures.