Chapitre 7
DYNAMIQUE MOLECULAIRE DU SUCRE DANS DES PORES DE
TAILLE ET DE MORPHOLOGIE CONTROLEES
7.1. Remplissage des pores 157
7.2. Mesures élastiques 158
7.3. Résultats préliminaires de dynamique
moléculaire 167
7.4. Conclusion générale du chapitre 7 169
Chapitre 7
DYNAMIQUE MOLECULAIRE DU SUCRE DANS DES PORES DE TAILLE ET DE
MORPHOLOGIE CONTROLEES
Les matériaux mésoporeux et leurs pores
réguliers ont ouvert la voie à de nouveaux et nombreux champs
d'investigation pour l'étude des solutions sous confinement. Les silices
de la famille des M41S, les SBA-15 ou encore le Vycor ont contribué
grandement à la compréhension des modifications des
propriétés physico-chimiques liées à la
réduction d'échelle, comme en témoigne la très
grande activité scientifique depuis cinq ans autour de l'eau
confinée dans des nanopores.97,98,99,100,203,204,205,206,207,208 Si des
longueurs de pores de plusieurs centaines de nanomètres ne
présentent pas un problème majeur dans l'étude de l'eau,
il n'en est pas de même avec les systèmes binaires eau-sucre. De
tels pores augmentent de manière importante les risques de gradients de
concentration ou de démixtion. Les nanosphères, grâce
à leurs pores cylindriques de longueur relativement faible, sont de bien
meilleurs candidats. Dans ce chapitre, il sera donc question de confiner des
solutions de sucres dans les mésopores cylindriques de ces
sphères, puis d'étudier la dynamique de ces molécules sous
confinement par diffusion quasi-élastique des neutrons comme nous avons
pu le faire dans les chapitres précédents.
7.1. REMPLISSAGE DES PORES
Afin de confiner des solutions dans les MCM-41, plusieurs
techniques de remplissage sont habituellement utilisées :
(i) l'évaporation de la solution, puis condensation dans
la matrice hôte :
Cette technique, très performante dans le cas de l'eau ou
de certains alcools, est irréalisable dans notre cas en raison de la
trop grande pression de vapeur du sucre. Par conséquent, seule l'eau
s'évaporerait.
(ii) l'imprégnation de la matrice par une solution :
La matrice, préalablement déshydratée par
étuvage, est ensuite plongée dans une solution de sucre à
une concentration donnée. La solution va alors pénétrer
dans les pores et les remplir.
Cette dernière solution, c-à-d
l'imprégnation, a été retenue pour sa simplicité de
mise en oeuvre et pour sa faisabilité. Il faut tout de même garder
en tête, que l'imprégnation ne garantie pas totalement une
homogénéité en concentration de la solution et un
remplissage intégral des pores. Néanmoins, nos résultats
d'imprégnation de l'eau lourde dans cette même silice (Cf.
Chapitre 6) sont plutôt encourageants et la transition plutôt
abrupte de l'eau confinée témoigne de
l'homogénéité de l'imprégnation.
Du glucose ou du tréhalose partiellement
deutérés ont été dissous dans de l'eau lourde dans
des proportions adéquates pour atteindre des concentrations de 11% et
30% massiques en sucre. Les sphères de silice, calcinées et
préalablement déshydratées à 100°C dans une
étuve à vide, ont ensuite été placées dans
la solution en boîte à gants. Après une imprégnation
de plusieurs heures, le mélange a été filtré et
rincé au D2O afin de ne recueillir que la silice mésoporeuse. La
liste des différents échantillons est présentée
dans le tableau 39.
Tableau 39 : Liste des échantillons sur lesquels des scans
élastiques ont été réalisés.
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