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Fluctuations de surfaces libres ou comment mesurer les propriétés mécaniques et dynamiques des systèmes de la matière molle… sans les toucher !

Le prix d’instrumentation en chimie physique a été décerné à Laurence Talini, Christian Frétigny et François Lequeux, tous trois membres du laboratoire, pour leur travail sur les mesures de fluctuations thermiques de surface.

 Créé en 2007 par la division de chimie physique commune à la société chimique de France et la société française de physique, ce prix récompense la personne ou l’équipe ayant réalisé une instrumentation innovante en chimie physique.

 L’agitation thermique responsable du fameux mouvement brownien peut également déformer la surface libre des fluides et des solides suffisamment mous. La mesure des fluctuations thermiques de la surface libre de ces milieux fournit donc un moyen de déterminer certaines de leurs propriétés, comme la viscoélasticité, sans avoir à appliquer de sollicitation. Nous avons utilisé cette idée pour mettre au point une mesure des propriétés mécaniques de liquides et de solides mous, sans aucune sollicitation ni contact. Pour cela, un faisceau laser est réfléchi à la surface libre du matériau sondé, qui se comporte comme un miroir dont l’orientation fluctue. Les fluctuations de position du faisceau réfléchi qui en résultent – bien que de très faible amplitude- peuvent être mesurées et analysées afin de déduire les propriétés du matériau. Il est ainsi possible de déterminer la viscosité d’un liquide à distance et sans le mettre en écoulement, ce qui ouvre un très large champ d’applications. Par ailleurs, la même technique permet de sonder les propriétés à l’échelle de quelques molécules de films liquides. Elle permet également d’étudier la dynamique intermittente des fluctuations de systèmes proches de la transition vitreuse.

Principe de mesure sans contact des propriétés mécaniques : les fluctuations thermiques d’un liquide ou solide mou au repos sont déterminées grâce à un faisceau laser qui se réfléchit à la surface. Les propriétés viscoélastiques peuvent être déduites du bruit mesuré dans une très large gamme de fréquences.