ED Sciences Physiques et de l'Ingénieur
Nanomoteurs thermophorétiques : dynamique individuelle et effets d'ensembles sous chauffage optique
par Yoann DE FIGUEIREDO (Laboratoire Ondes et Matière d'Aquitaine)
Cette soutenance a lieu à 14h00 - Amphithéâtres D, A29 351 Cr de la Libération, Bâtiment A29, 33400, Talence.
devant le jury composé de
- Antoine AUBRET - Chargé de recherche - Université de Bordeaux - Directeur de these
- Antonio STOCCO - Directeur de recherche - Institut Charles Sadron - Rapporteur
- Christophe YBERT - Directeur de recherche - Université Lyon 1 - Rapporteur
- Jean-Pierre DELVILLE - Directeur de recherche - Université de Bordeaux - CoDirecteur de these
- Damien BAIGL - Professeur - ENS Paris - Examinateur
- Aurélie DUPONT - Chargée de recherche - Université Grenoble Alpes - Examinateur
- Laura ALVAREZ - Maîtresse de conférences - Université de Bordeaux - Examinateur
- Pierre NASSOY - Directeur de recherche - Université de Bordeaux - Examinateur
La matière active est constituée de briques élémentaires capables de convertir de l'énergie localement en travail. Un exemple typique est donné par les organismes vivants, capables de s'organiser dynamiquement sur de multiples échelles spatiales. Comprendre la dynamique de ces processus hors-équilibre est une question centrale en physique et en biologie. En ce sens, de nombreux systèmes synthétiques actifs ont été développés, permettant l'étude de comportements émergents et la construction de machines actives contrôlées. La grande majorité des études se sont focalisées sur l'utilisation de colloïdes actifs de taille micrométrique. Ces systèmes présentent cependant des contraintes, notamment dues aux effets de sédimentation, inhérents à cette échelle. En revanche, la dynamique collective de nanoparticules actives demeure encore largement inexplorée, malgré son potentiel pour le design de processus actifs à très petite échelle et en trois dimensions. Ce projet de thèse s'inscrit dans ce contexte et vise à étudier la dynamique de nanoparticules actives artificielles. Pour cela, nous avons synthétisé et développé des nanomoteurs à partir de nano-hétérodimères or-silice, dont l'auto-propulsion repose sur leur asymétrie de forme et le mécanisme de thermophorèse. Ces nanoparticules sont activées par effet photothermique via l'absorption optique de l'or, permettant un contrôle spatio-temporel de leur activité. Afin d'étudier leur dynamique, nous avons développé un dispositif expérimental basé sur des techniques de corrélation optique et d'analyse statistique en microscopie confocale. Les méthodes mises en place donnent accès à leur dynamique 3D sur une large gamme de concentrations, dans des volumes de l'ordre de la longueur d'onde optique. Nos résultats mettent en évidence des effets d'ensemble, avec une propulsion fortement dépendante de la concentration. Les vitesses, extrêmement rapides (quelques centaines de µm/s) au regard de l'état de l'art, résultent d'effets optothermiques macroscopiques couplés à des non-linéarités des effets de propulsion. Ces effets sont quantifiés et modélisés en fonction de la concentration et des paramètres optiques. Le couplage entre concentration et dynamique active révèle une auto-régulation thermique de la vitesse. Ce comportement constitue un premier pas vers l'étude des comportements collectifs de bains actifs de nanomoteurs synthétiques.