Brownian Motion Near Complex Surfaces

Des globules en écoulement dans les vaisseaux sanguins, ou la diffusion en milieu confiné de neurotransmetteurs synaptiques ont pour point commun de faire intervenir des écoulements visqueux, des entités chargées et déformables, tout ceci en présence de fluctuations thermiques. Jusqu’à présent, des études menées en l’absence de fluctuation ont prouvé l’émergence de forces inédites, d’origine visqueuse mais ressemblantes à des forces d’origine inertielle (typiquement une force de portance), lorsque des entités déformables se déplacent proches l’une de l’autre. Cependant, l’effet des fluctuations thermiques, pourtant essentielles à l’échelle microscopique, reste encore largement inexploré. Cette exploration est au coeur de ma thèse de doctorat. Pour ce faire, sont combinées microscopie par holographie et inférence statistique de pointes, afin de caractériser, avec une précision nanométrique, le mouvement fluctuant, dit brownien, de colloides micrométriques se déplaçant à trois dimensions dans un liquide visqueux et proche de parois. L’influence des parois est déjà frappante dans le cas de particules non-déformables : les déplacements ne sont plus distribués selon une loi gaussienne. La méthode permet également la mesure de forces de surface de l’ordre du femtonewton, avec une résolution atteignant la limite fondamentale du bruit thermique. Le cas innovant de colloides déformables, qui constitue l’essence même de ce doctorat, fait d’autant plus ressortir l’influence des parois. Bien que se comportant comme leurs homologues rigides à l’équilibre, ces colloides sont soumis à des forces transitoires de type portance, mais d’origine visqueuse, et de l’ordre du piconewton. Ces forces semblent provenir du couplage entre l’écoulement visqueux apparaisant entre les parois et les colloides et la déformabilité de ces derniers. Qui plus est, l’écoulement est ici, par opposition à la littérature, induit par des fluctuations thermiques. De telles forces pourraient influencer des processus microbiologiques de migration ou de recherche de cible. Enfin, des fluctuations actives sont étudiées via l’organisme modèle, mais plus exotique que de simple particules, qu’est l’algue C. Reinhardtii.