Un groupe composé de chercheurs de l'Université la Sapienza de Rome, du centre INFM-CNR-SOFT (Institut National pour la Physique de la Matière - Conseil National de la Recherche) et de l'Université de Harvard a élucidé le mécanisme fondamental à travers lequel une solution colloïdale passe de l'état liquide à l'état de gel.
Yaourt, gel pour les cheveux, blanc d'oeuf, dentifrice, mayonnaise, vernis et encres : autant de substances colloïdales de la vie quotidienne et indispensables pour la production industrielle. Les principes qui régissent leur formation et leur fonctionnement sont néanmoins encore mal connus.
Le groupe de chercheurs dirigé par Francesco Sciortino a réalisé une étude sur le mécanisme à travers lequel une solution colloïdale passe de l'état liquide à l'état de gel, publiée dans la revue Nature. Les découvertes ont été faites grâce à l'utilisation d'un nouveau microscope confocal et à l'élaboration de modèles théoriques. Les expériences ont porté sur des solutions colloïdales composées de "petites billes" de dimensions micrométriques dissoutes dans un solvant, qui s'agitent avec l'ajout d'un polymère. Les chercheurs ont essayé de comprendre comment les billes se figent en une structure solide, après avoir atteint un seuil critique d'intensité de l'attraction, bien que leur volume total occupe seulement une partie du volume global de l'échantillon.
Le microscope confocal mis au point par l'Université de Harvard a permis de suivre la dynamique des particules composant la solution. Les paramètres de contrôle du système ont été reportés dans un diagramme de phase thermodynamique (diagramme qui décrit les changements d'état en fonction de la température et de la pression). Il a été ainsi démontré que le passage de l'état liquide à l'état de gel se produit à l'instant où le mouvement des "billes" s'arrête parce qu'un changement d'état thermodynamique débute. La séparation de phase génère la formation de structures filamenteuses étendues, avec des concentrations suffisamment élevées pour amorcer localement une transition "vitreuse", figeant le système en un solide mou et désordonné.
Suite à la recherche, un nouveau modèle pour la compréhension des mécanismes d'arrêt cinétique dans les systèmes atomiques et moléculaires a été également proposé, les particules colloïdales pouvant être considérées comme des "super-atomes". La découverte ouvre des perspectives d'application dans les champs alimentaire, pharmaceutique et cosmétique.
