25.06.2015
Physique: s'inspirer des geckos
Contrôler les interactions entre de petits corps, grâce à des champs de lumière générés par des lasers, en s’inspirant des capacités des geckos et de certaines araignées pour grimper aux murs: voilà le défi qu’a pu relever un groupe de recherche du Département de physique de l’Université de Fribourg.
Deux petites billes en plastique s’attirent dans un nuage de
lumière généré par un laser externe.(Image: Frank Scheffold)
Les geckos et certaines araignées peuvent grimper le long des murs grâce à des forces dites de van der Waals ou de dispersion. En collaboration avec l’Universidad Autónoma de Madrid, un groupe de recherche du Département de physique de l’Université de Fribourg, dirigé par le Professeur Frank Scheffold, vient de démontrer qu’il est possible d’induire et de contrôler ce type de force de dispersion à l’échelle nanoscopique, grâce à des champs de lumière générés par des lasers. Les résultats de leur travaux ont été publiés dans la revue scientifique Nature communications.
Les forces (ou effets) de dispersion entre les petits objets se retrouvent partout dans la nature et jouent un rôle dans le comportement de fluides biologiques, tels que les protéines et les cellules sanguines, ainsi que dans les denrées alimentaires ou des suspensions comme les peintures et les encres. Comparées aux liaisons chimiques les plus courants, ces forces sont toutefois relativement faibles et souvent non permanentes. Elles ont, par contre, une forte influence sur le comportement et les propriétés d'écoulement des suspensions de nanoparticules et autres fluides complexes. Leur origine se trouve dans des champs magnétiques et électriques naturels, fluctuant extrêmement rapidement. Ces fluctuations engendrent des forces faibles, qui attirent souvent, repoussent parfois, des molécules et des corpuscules. Le gecko utilise, par exemple, les forces de van der Waals combinées de millions de petits poils pour s’agripper à une surface. Comme les forces, qui influent sur chaque poil individuel, sont faibles, le gecko peut détacher sa patte de la surface avec un mouvement approprié.
Contrôler les nanoparticules par la lumière
Les chercheurs ont créé un nuage de lumière laser avec des propriétés similaires à ce qu’on voit quand la lumière passe à travers la brume un jour de brouillard, mais plus intense. Durant l’expérience, deux billes en plastique à l’échelle du micron sont maintenues et placées dans le nuage lumineux. La force d’interaction a pu ensuite être mesurée en étudiant la position relative des deux particules avec un microscope. Plus l’intensité de la lumière est forte dans le nuage, plus les deux billes s’attirent. Comme dans la nature, les forces ne dépendent que de la distance relative entre les particules, mais pas de leur position dans le nuage. L’intensité et les propriétés des forces observées peuvent être contrôlées par le choix approprié de l’intensité et de la couleur de la lumière utilisée. Cela suggère qu’il serait possible de contrôler complètement les interactions entre de petits corps dans deux ou trois dimensions. Cette approche pourrait simplifier la conception de nanomatériaux avec des propriétés sur mesure et donner de nouvelles indications sur leurs propriétés physiques.
Pôle de recherche national matériaux bio-inspirés
Cette recherche a été effectuée dans le cadre du PRN Matériaux bio-inspirés, un pôle de recherche national financé par le Fonds national de recherche scientifique. La direction du NCCR se trouve à l’Université de Fribourg (institution hôte), mais comprend aussi des groupes de recherche basés à l’Université de Genève ainsi qu’aux Ecoles Polytechniques Fédérales de Lausanne et Zurich.
Plus d’informations: bioinspired-materials.ch
Article publié dans Nature Communications (en anglais):
http://www.nature.com/ncomms/2015/150622/ncomms8460/abs/ncomms8460.htmlContact: Prof. Frank Scheffold, Département de physique, frank.scheffold@unifr.ch, 026 300 91 17, http://physics.unifr.ch/en/page/54/