Projet: Nucléation en milieux confinés
La nucléation est influencée par la taille du système dans lequel elle procède. C’est ce que nous avons d’abord abordé théoriquement, et que nous exploitons actuellement via des expérimentations dédiées à l’étude de ce confinement et de ce qu’il pourrait nous apprendre sur la physique de la nucléation. Ainsi, nous étudions la nucléation de cristaux au sein de petites gouttes grâce au développement et à l’utilisation d’un système microfluidique ad hoc (Figures 1 et 2).
Le système microfluidique génère des matrices de gouttes aqueuses déposées, sans tensioactifs, couvrant l’ensemble de la gamme femtoLitre-picoLitre, recouvertes d’un film d’huile et observées de manière simultanée par microscopie optique. Sous l’action d’une diffusion sélective du solvant depuis la goutte vers l’huile, la contraction de la goutte concentre le soluté jusqu’à l’avènement d’un unique évènement de nucléation. La croissance explosive de ce germe, du fait des fortes sursaturations atteignables en milieu confiné, est immédiatement détectable par l’utilisation d’une technique de traitement d’image développée spécifiquement à cette fin, l’observation simultanée de centaines de gouttes, nécessaire pour des aspects statistiques en conservant une bonne résolution temporelle, empêchant de bénéficier d’une grande résolution spatiale par goutte. Cette technique de détection passe par la réduction de l’information spatiale, sur chaque image pour chaque goutte, de l’ensemble [goutte individuelle + environnement proche] à un simple scalaire : l’écart-type de la distribution des niveaux de gris de cet ensemble. Le signal ainsi obtenu nous permet la détection de la nucléation dans chaque goutte, mais met également en évidence, sous certaines conditions de contraction, des communications inter-gouttes, totalement invisibles aux techniques usuelles de traitement d’image. En se plaçant dans des conditions d’indépendance des gouttes (pas de communications), nous obtenons des mesures de temps d’induction particulièrement précises et reproductibles (Figure 3). Au-delà de l’étude de la nucléation et du confinement, ces approches présentent un intérêt dans le criblage des conditions de cristallisation ou dans le criblage et le contrôle du polymorphisme.
