Chapitre 3
POURQUOI CONFINER ET COMMENT? LES GELS DE SILICE
AQUEUX
3.1. Choix de la matrice de confinement 75
3.2. Taille du confinement 76
3.3. Synthèse de gels de silice aqueux 77
3.4. Etude structurale préliminaire des gels de silice
aqueux contenant du
D-glucose par diffusion des neutrons aux petits angles 84
3.5. Conclusion générale du chapitre 3 93
CHAPITRE 3
POURQUOI CONFINER ET COMMENT ? LES GELS DE SILICE AQUEUX
Les solutions de mono- et disaccharides volumiques permettent
de sonder les interactions sucre-eau, dans lesquelles la
stéréochimie s'avère être un paramètre majeur
à l'origine des diverses propriétés physico-chimiques du
mélange. Ces mesures nous permettent ainsi de comprendre pourquoi
certains sucres, comme le tréhalose, sont présents en
quantité importante dans les végétaux anhydrobiotiques.
Mais dans ce contexte biologique, un détail d'importance n'a jamais
été pris en considération dans toutes ces études
expérimentales : les échelles cellulaire et membranaire. Ces
échelles, bien qu'assez variables d'une cellule à l'autre, se
rapprochent plus du nano- ou du micromètre que du monde macroscopique.
Et à la vue de tous les changements de propriétés
engendrés par la réduction de taille, tout laisse à penser
que ces solutions de sucre pourraient présenter une dynamique tout autre
dans un milieu restreint stériquement. D'ailleurs, les récentes
études de l'eau confinée montrent que la taille de
l'environnement est un paramètre non négligeable, qui conduit
à une forte diminution des dynamiques translationnelle et
rotationnelle.97,98,99,100 Tous ces travaux sur les solutions
d'hydrates de carbone volumiques, bien que d'un grand intérêt
fondamental, gagneront donc à être explorées à
l'échelle nanométrique à l'exemple des nombreuses
investigations réalisées sur l'eau. Le confinement des solutions
de sucre présente donc un intérêt majeur pour la
compréhension des phénomènes en présence.
Cependant, de telles études, aussi bien expérimentales que
théoriques, sont pour l'heure manquantes. Le champ d'investigation est
par conséquent complètement ouvert et gigantesque, laissant libre
cours à toutes les voies de confinement possibles. Par
conséquent, il nous faut déterminer, en premier lieu, une matrice
de confinement appropriée qui réponde à tous nos
impératifs expérimentaux et techniques. C'est ce que nous allons
chercher à faire dans ce chapitre.
3.1. CHOIX DE LA MATRICE DE CONFINEMENT
L'utilité du confinement ne présente plus de
doute, mais il nous reste à déterminer quelle matrice de
confinement utiliser. A priori, la liste des matériaux susceptibles de
pouvoir servir de matrice hôte est vaste, mais de très nombreuses
contraintes techniques nous limitent dans le choix des matériaux poreux.
Les principales difficultés que nous avons à surmonter sont :
(i) de confiner une solution à une concentration en sucre
donnée en évitant les gradients,
(ii) d'avoir des échantillons compatibles avec les
mesures de diffusion de neutrons.
Revenons un peu plus en détail sur ces deux points.
(i) La concentration de la solution confinée doit
à tout prix présenter le plus faible gradient
en
concentration. En effet, la dynamique moléculaire étant
très sensible à la concentration, confiner une
solution de concentration « inconnue » ne nous
permettrait pas de conclure sur l'effet du confinement. (ii) Les mesures de
diffusion de neutrons ne nous permettent pas d'utiliser des matrices
organiques, telles que les gels de polyacrilamide par exemple, qui
présentent un nombre beaucoup trop important d'atomes
d'hydrogène. Le seul moyen de s'en prémunir serait d'utiliser des
précurseurs intégralement deutérés. Mais pour des
raisons de coût principalement, cette solution a été
abandonnée au profit de matrices inorganiques, nettement moins
coûteuses, mais qui présentent le double avantage d'être
relativement « transparentes » aux neutrons, mais aussi d'être
très modulables durant la synthèse. Parmi les matériaux
poreux inorganiques disponibles et susceptibles de pouvoir nous
intéresser, nous pouvons citer l'alumine Al2O3 et la silice
SiO2. Cependant, la chimie de l'alumine est difficile à mettre en oeuvre
en raison de la très grande réactivité de ses
précurseurs, limitant ainsi les formes et les tailles de pores
accessibles. Un défaut que ne partage pas la silice, dont les
méthodes de synthèse ont permis d'accéder à une
très grande variété de matériaux
mésoporeux.
| 
