Les nanoparticules peuvent être définies comme des morceaux de matière solide dispersés dans un liquide ou un gaz et dont au moins l’une des dimensions caractéristiques est inférieure à 100 nm. Leur forme est très souvent sphérique, notamment lorsqu’elles sont constituées de matière amorphe telle que la silice ou le polystyrène, en raison de la minimisation de l’énergie de surface/interface. Ces objets sphériques ont largement servi de systèmes-modèles aux physico-chimistes pour étudier le comportement des atomes : empilements compacts, cristallisation, transition de phases, etc. Aujourd’hui, ils sont quelque peu dépassés, car la variété des empilements auxquels ils peuvent prétendre est très limitée.
Pour aller plus loin, il faut imaginer des objets de forme plus complexe, de la même façon que les molécules décuplent les possibilités de combinaison par rapport aux simples atomes. De ce concept sont nées les « molécules colloïdales » qui peuvent être définies comme des agrégats robustes de particules sphériques de dimensions et de formes contrôlées. Ainsi, un tétrapode constitué d’une sphère centrale entourée de quatre autres sphères de nature chimique différente et pointant vers les quatre sommets d’un tétraèdre pourrait avantageusement imiter une molécule de méthane.
L’objet de ce séminaire est de décrire la stratégie développée par l’orateur et ses collaborateurs pour fabriquer ce type d’objets avec un cœur de silice et des nodules périphériques de polystyrène, selon une technique de polymérisation en émulsion ensemencée. L’idée consiste à fabriquer dans un premier temps des germes de silice sphériques et parfaitement calibrés et de modifier leur surface pour les rendre partiellement hydrophobes. Ces germes sont ensuite introduits dans un réacteur de polymérisation en émulsion et les particules de latex nucléent et grossissent à la surface des germes. Le contrôle de leur nombre et de leur taille s’opère par celui de la taille des germes de silice, de leur concentration et du taux de conversion du monomère. Il a été montré que, dans les premiers instants de la réaction, le nombre de nuclei est très grand, puis se réduit et se stabilise grâce à un mécanisme de coalescence. Ensuite, l’exemplaire régularité des objets créés est contrôlée par des forces d’interaction vraisemblablement électrostatiques qui obligent les nodules à se positionner les uns par rapport aux autres à des distances égales. Aussi le parallèle avec la théorie CSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) qui explique la géométrie des molécules est-il particulièrement pertinent. La technique de la cryo-tomographie électronique a été particulièrement exploitée pour étudier la symétrie des objets, alors que des études statistiques à grande échelle ont permis de montrer que des rendements en morphologie supérieurs à 80 % sont possibles, tout particulièrement pour les objets les plus symétriques que sont les solides de Platon : notamment les tétraèdres (tétrapodes), les octaèdres (hexapodes) et les icosaèdres (dodécapodes). Il s’agit désormais d’étudier l’assemblage de ces objets, en particulier leurs propriétés optiques.
Ce travail a été réalisé par Stéphane Reculusa, Adeline Perro, David Nguyen et Anthony Désert en collaboration avec Serge Ravaine, Elodie Bourgeat-Lami, Murielle Lansalot, Olivier Spalla, Antoine Thill, Olivier Lambert, Jean-Christophe Taveau.
