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Exploration hors-équilibre et stationnaire du diagramme de phase d’un fluide complexe à l’échelle du nanolitre

16 février 2013

Nous avons développé des microévaporateurs qui permettent de formuler à l’échelle du nanolitre des gradients de concentration stationnaires pour un cristal liquide lyotrope. Un tel gradient traverse le diagramme de phase du fluide complexe, depuis l’eau pure jusqu’à une succession de mésophases très visqueuses. Nous avons réalisé des mesures in-situ et résolues spatialement de spectrométrie Raman confocale et de diffusion des rayons X aux petits angles, afin de déterminer quantitativement le profil de concentration et la structure des mésophases. Au sein d’un seul canal microfluidique, nous criblons donc continûment le diagramme de phase d’un fluide complexe. Par ailleurs, comme ce gradient correspond à un régime hors-équilibre, nous pouvons extraire de ces mes mesures une estimation du coefficient de diffusion du fluide complexe en fonction de la concentration. Dans le cas du cristal liquide lyotrope étudié, ce coefficient de transport présentent des discontinuités à certaines des transitions de phases.

Ces travaux ont été publiés dans la revue Lab on a Chip
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(a) et (b) : vue shématique d’un microévaporateur (le canal est relié à un réservoir non représenté). Les flèches bleues correspondent à l’écoulement induit par la pervaporation de l’eau à travers la membrane de PDMS (h=5-50 µm, w = 20-200 µm, L0=1-10 cm et e = 10-30 µm, taux d’évaporation typique ve = 10-50 nm/s). Cet écoulement permet de générer un gradient de concentration stationnaire (dégradé rouge/bleu). (c) Vue du bout d’un microévaporateur (entre polariseur et analyseur partiellement croisés) où est établi un gradient de concentration d’un cristal liquide lyotrope (Pluronics P104). La séquence qualitative des différentes mésophases est ainsi aisément déterminée.