Comment l'agencement des motifs chimiques au sein des macromolécules, et les interactions (attractions, répulsions) impliquées, conduisent-elles à la formation de certaines structures ? Quel est le lien entre les assemblages formés et les propriétés rhéologiques ou interfaciales qui en découlent ?

Dans des solutions très diluées, des assemblages variés se forment, tels que des micelles, des structures tubulaires ou lamellaires, tous ces assemblages présentant un cœur hydrophobe et une couronne hydrophile. Deux leviers sont susceptibles d'induire la transition entre les différents types de structures : le solvant choisi qui induit ou non l'association des monomères hydrophobes, et la teneur en monomères hydrophobes des polymères. Ces deux critères influent sur les contributions énergétiques et entropiques, et ainsi sur la nature des assemblages formés à l'équilibre.

Nos recherches se focalisent sur l'étude de l'assemblage de biopolymères en solution et à proximité d'une surface ou d'une interface, par des méthodes de modélisation et de simulation.

Lorsqu'on augmente la concentration en polymères, on observe le passage de structures dispersées en solution à un réseau de structures interconnectées qui forment un gel. La structuration de ce gel et ses propriétés rhéologiques dépendent fortement de la structure chimique des polymères. Ces résultats constituent des pistes sérieuses pour comprendre le diagramme de phase de certains polysaccharides ou protéines.
Si on place la solution de polymères au contact d'une surface hydrophobe, un équilibre s’établit entre des assemblages cœur-couronne en solution d'une part, et adsorbés à la surface d'autre part. Une organisation bidimensionnelle des structures adsorbées à l’interface émerge, par des effets de répulsion stérique, et une couche de micelles non adsorbées mais fortement connectées à la surface se forme. La mise en place de cette structuration implique des échelles de temps bien distinctes, courtes pour les phénomènes d'assemblage, et beaucoup plus longues pour les transferts de macromolécules entre la solution et la surface.
L'approche de modélisation pourrait guider les approches expérimentales en vue de construire des assemblages à propriétés contrôlées pour des applications dans le domaine biomédical, alimentaire ou dans celui des matériaux.

Différents types de structures cœur-couronne et de gels se forment en fonction de la concentration en copolymères et de la fraction de monomères hydrophobes (hydrophobes en rouge, hydrophiles en bleu). © Inra, © SPO

Partenaires :

Laboratoire de Chimie de l'ENS Lyon

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