Sophie Guézo Alexandra Junay

Sophie Guézo Alexandra Junay sophie.guezo@univ-rennes1.fr alexandra.junay@univ-rennes1.fr

Unité Mixte de Recherche (UMR) Université Rennes I et CNRS Physique moléculaire Matière molle Matériaux Nanosciences Optique - 5 départements - 111 personnels permanents (chercheurs, enseignants-chercheurs, ingénieurs, techniciens, administratifs) - 60 non-permanents (doctorants, post-doctorants, stagiaires de master, CDD) Milieux divisés 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 2

Physique Médecine Mécanique Chimie Nanosciences: étude de phénomènes et de matériaux à l échelle nanométrique (du grec νανος: petit, nain) Nanotechnologies: conception, caractérisation, production, et applications de structures dont on contrôle la forme et la taille à l échelle nanométrique Biologie Informatique Sciences Humaines Electronique 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 3

Comment classer les objets suivants sur une échelle? Molécule d eau Terre Bulle de savon Soleil Papillon Morpho Ecailles à la surface des ailes du Morpho Cheveu Poil à l extrémité des pattes des geckos (lézards) 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 4

Comment classer les objets suivants sur l échelle? 10-9 m 10-8 m 10-7 m 10-6 m 10-5 m 10-4 m 10-3 m 10-2 m 10-1 m 1m 10 7 m 10 8 m 10 9 m 1 nm 100 nm 1 µm 100 µm 1 mm 1 cm 10 4 km 10 6 km 0.000001 mm 0.001 mm 0.1 mm 10000 km 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 5

3 états de la matière: gaz, liquide, solide Solide: combien d atomes dans 1cm 3 de matière? 1 cm 10 3 atomes? 10 7 atomes? 10 11 atomes? 10 17 atomes? 10 23 atomes? 10 23 atomes!! 10 30 atomes? 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 6

Propriétés physiques différentes selon l organisation de la matière : Graphite Diamant Exemple: le carbone Graphène (2004) Fullerène (1985) Nanotube de carbone (1991) Prix Nobel de Physique 2010 Prix Nobel de Chimie 1996 Dans la nature, on retrouve aussi un lien entre propriétés physiques et organisation à l échelle micro/nanométrique 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 7

Certains phénomènes naturels longtemps inexpliqués! Pourquoi certaines plantes ne se salissent jamais? Comment le gecko fait-il pour marcher au plafond? D où provient la couleur bleue de certains papillons dépourvus de pigments? Pour mieux comprendre : Besoin d observer à l échelle micro/nanométrique! Biomimétisme: S inspirer des propriétés physiques des espèces naturelles afin de les reproduire. Nano-biomimétisme: Imitation des structures biologiques à l échelle nano! «Apprenez de la nature, vous y trouverez votre futur» Leonard de Vinci 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 8

http://www.youtube.com/watch?v=qj3kjasbidu 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 9

Qu est ce qu une surface syper-hydrophobe? du grec υδρο:hydro = eau Φόϐος: phóbos= peur Angle < 90 90 < Angle < 150 150 < Angle Qu est ce qui rend une surface super-hydrophobe? 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 10

1997 : Wilhelm Bartlott Images MEB : Bhushan et al. Progress un Materials Science 56, 2011 (1-108) Nano-rugosités 10-9m 10-8m 10-7m 10-6m 10-5m 10-4m 10-3m 10-2m 10-1m 1m 1 nm 1 µm 100 µm 1 cm 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 107m 108m 109m 104 km 106 km 11

http://ilarion.free.fr/nanomonde/ http://www.ultraeverdrystore.com/ Applications : - Bâtiments - Transports - Textiles - Vaisselles - Peinture - 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 12

Images MEB : Hansen et al. Proceedings of the National Academy of Science (2005), 102, 386-9. Macrostructure Microstructures Microstructure Nanostructures Environ 15000 sétules par mm². Chaque sétule est composée d environ 1000 spatules. 10-9 m 10-8 m 10-7 m 10-6 m 10-5 m 10-4 m 10-3 m 10-2 m 10-1 m 1m 10 7 m 10 8 m 10 9 m 1 nm 1 µm 100 µm 1 cm 10 4 km 10 6 km 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 13

La patte du gecko n est pas collante, donc comment s accroche t-il? 2002forces de van der Waals entre la pattedu gecko et la surface (Autumn et al.) 1/r 6 Force élevée Distance trop élevée : force négligeable Interaction faible n agissant qu à des distances interatomiques! Exemple : graphite dans les mines de crayon! Liaison de van der Waals entre les feuillets, donc se casse facilement! Distance entre atomes : r Comment fait-il pour se détacher? En modifiant l angle entre les setae et la surface. Quand l angle augmente, les liaisons de van der Waals deviennent plus faibles. (A 30 elles deviennent nulles). 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 14

Différents domaines concernés : Militaire, Robotique, chirugurgie, automobile (pneumatiques) Février 2012 : (DARPA) Création du matériau «geckskin» capable de supporter 300 kilos avec 100 cm²! 21 cm Comparaison : Par rapport à une feuille de papier format A4, 40cm² ne représente que cette surface Feuille A4 10 cm 10 cm 29.7 cm http://www.darpa.mil/our_work/dso/programs/z_man.aspx 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 15

MEB : Boulenguez, tel-00422928 (2009) Kinoshita et al. Chem.Phys.Chem 6 1442 (2005) Yoshioka et al. Osaka university 10-9 m 10-8 m 10-7 m 10-6 m 10-5 m 10-4 m 10-3 m 10-2 m 10-1 m 1m 10 7 m 10 8 m 10 9 m 1 nm 1 µm 100 µm 1 cm 10 4 km 10 6 km 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 16

La lumière, une onde : Longueur d onde : λ Lorsqu une onde rencontre un changement de milieu : Rayon réfléchi 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 17 Air Eau Rayon réfracté

Interférences dans une couche mince : Interférence : superposition d ondes. Rayons réfléchis pouvant interférer Exemple de la bulle de savon : Air Eau Air Couleur observée dépend de l épaisseur de la couche mince, de l angle d observation et du matériau. Dans une bulle,l épaisseur n est pas la même partout, c est pourquoi on observe plusieurs couleurs! 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 18

Chez le Morpho, on a une structure de cette forme : Interférences dans une multicouche: Même principe que précédemment : Multicouches d air = 165 nm n air = 1 d A = 55nm n A = 1.56 Ici, la couleur obtenue va dépendre de chaque couche, de leurs épaisseurs et de l angle d observation. 2(n A d A cos θ A + n B d B cos θ B ) = mλ Soit pour un angle d observation de 20, une longueur d onde de 478 nm bleu! 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 19

2 catégories : Reproduire la couleur Aspect «esthétique» (voitures, vêtements ) Reproduire la microstructure point de vue photonique : chercher de nouvelles méthodes de fabrication des composants photoniques pour contrôler la lumière. Watanabe et al. 2005 Konishita et al. 2004 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 20

Laboratoires sur le campus de Beaulieu: http://www.ipr.univ-rennes1.fr/ http://scienceschimiques.univ-rennes1.fr/ Sites sur le nano-monde: http://ilarion.free.fr/nanomonde/ http://www.nanoreisen.com/francais/ http://www.cea.fr/jeunes http://www.almaden.ibm.com/vis/stm/gallery.html 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 21

Biologie Sciences de la terre Chimie Physique Mécanique Electronique Informatique Mathématiques 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 22

LMD, 3 niveaux de sortie : Bac + 3 : Licence L Pro Bac + 5 : Master Bac + 8 : Doctorat 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 23

8 Enseignant lycée collège école Chercheur Enseignant université Doctorat Ingénieur, cadre Des passerelles sont possibles entre les filières 5 4 M2 Master à vocation : recherche / professionnelle / enseignement M1 formation d ingénieurs Techniciens supérieurs 3 2 1 L3 L2 L1 Licence Licence Professionnelle IUT Année Bac 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 24

Communications Astrophysique Enseignement Biomédical Environnement Astrophysique Aéronautique Transports Matériaux Energie 20/03/2013 A la découverte de la recherche 2013 - S.Guézo et A.Junay 25