(Serge Ulrich)

Comprendre les processus de formation de complexes entre colloïdes et polyélectrolytes est un aspect essentiel dans de nombreuses branches de l’environnement, des nanotechnologies, de la chimie et de la biologie afin de comprendre et pouvoir maîtriser les processus d’agrégation, de dispersion des particules colloïdales, la fonctionalisation de nanoparticules (mise au point de nouveaux matériaux), le traitement de l’eau, la circulation des polluants, le fonctionnement des biomacromolécules dans les milieux biologiques, et l’évolution de l’interface de nombreux systèmes synthétiques et naturels. Au regard de la complexité de ces phénomènes, les applications et expérimentations dans ce domaine s’appuient souvent sur des observations empiriques ou semi-empiriques plutôt que sur des modèles analytiques prédictifs. Dans le groupe de recherche nous nous efforçons à l’aide de la modélisation numérique d’étudier dans le détail les processus de complexation entre polyélectrolytes et polyampholytes (biomacromolécules) en présence de colloïdes chargées, macroions, nanoparticules, et cations métalliques (polluants).

Exemple de complexe formé entre un polyélectrolyte et un macroion de charge opposée. Il est clair ici que l’adsortion de ce polyélectrolyte va largement modifier la réactivité chimique du macroion (une nanoparticule par exemple) ainsi que son transport dans des milieux complexes (biologiques ou environnentaux).

Le role exact de la charge de surface des colloïdes et polyelectrolytes, la flexibilité des macromolécules, les propriétés acido-basiques, le pH, la force ionique sont étudiés de façon systématique. Les diagrammes de phase et les limites d’adsorption/désorption sont ensuite calculées. Nous montrons que la conformation des polyelectrolytes à la surface de nanoparticules par exemple est contrôlée non seulement par les attractions entre la nanoparticule et le polyélectrolyte mais également par les répulsions électrostatiques entre les monomères du polyélectrolyte. De façon à établir un lien direct avec les systèmes expérimentaux nous calculons des courbes de titration et la charge totale des complexes. Nous démontrons également que ces processus de complexation affectent dans une large mesure les propriétés acido-basiques des polyélectrolytes ainsi que leur conformation finale en solution.