Dans notre vie de tous les jours, il n'est pas rare de voir le même matériau dans des états différents. Prenons par exemple l'eau :c'est un liquide à température ambiante, nous pouvons convertir en glace lorsqu'il est refroidi en dessous de 0°C et il devient un gaz lorsqu'il est chauffé au-dessus de 100°C. Les passages entre ces différents états de la matière sont appelés transitions de phase.

Les transitions de phase sont l'expression de l'organisation et des interactions des molécules et des atomes à l'intérieur des matériaux, et à cause de cela, ils ont été largement étudiés par les physiciens, chimistes, biologistes, et beaucoup plus.

Quelques transitions de phase, bien que prédit par la théorie, restent insaisissables et leur existence ne peut être vérifiée par des expériences, en raison des conditions difficiles dans lesquelles ils se produisent. C'est le cas de la transition adsorption/désorption des polymères.

Les polymères sont de longues molécules constituées par la répétition - souvent plus de mille fois - d'une même unité, appelé monomère. Cette structure particulière fait apparaître une série de propriétés intéressantes. Par exemple, une molécule de polymère peut adhérer fortement sur une surface même si l'interaction entre un seul monomère et la surface est très faible : l'union fait la force . En réalité, afin de séparer la molécule entière de la surface, il faudrait éliminer un à un tous les monomères faiblement fixés, ce qui est très peu probable. Les chaînes polymères sont celles considérées irréversiblement adsorbées, C'est, une chaîne polymère est censée coller sur une surface, depuis très longtemps, essentiellement pour toujours.

Les théoriciens ont proposé que l'état adsorbé est, au lieu, transitoire et, lorsqu'il est chauffé bien au-dessus de la température ambiante, les molécules de polymère doivent se désorber et quitter la surface. Ce serait la transition adsorption/désorption.

Jusqu'à maintenant, cependant, personne ne pouvait vérifier ces idées, car les températures où cette transition de phase doit se produire sont très élevées, et le matériau se dégrade avant, finalement, désorbant.

Maintenant, écrit dans Communication Nature Simone Napolitano (Laboratoire de dynamique des polymères et de la matière molle, ULB) et ses collaborateurs, Xavier Monnier et Danièle Cangialosi, du Centre international de physique de Donostia et du Centro de Física de Materiales de San Sebastián (Espagne) ont pu accéder expérimentalement à la transition adsorption/désorption.

Alliant l'expertise de Cangialosi sur les transitions de phases et celle de Napolitano sur l'adsorption, l'équipe a utilisé une nouvelle technique appelée calorimétrie à balayage rapide, qui permet de mesurer la chaleur échangée par un matériau alors que la température varie très rapidement. La technique peut amener les molécules de polymère de la température ambiante à 400°C en une fraction de seconde, et dans ce court intervalle le matériau n'a pas le temps de se dégrader.

En étudiant ce phénomène, Monnier et ses collaborateurs ont observé qu'une très petite quantité de chaleur est libérée par les chaînes polymères lorsqu'elles se désorbent d'une surface, ce qui a permis de classer l'adsorption/désorption comme une transition de phase de premier ordre.

Ceci est similaire à ce qui arrive à la glace lorsque nous la mettons sur la table. A basse température, les molécules restent ensemble grâce à des interactions qui maintiennent le matériau à l'état solide. En chauffant au-dessus de 0°C les interactions commencent à s'estomper, ce qui correspond à un échange de chaleur. Il en va de même pour les chaînes polymères lorsqu'elles se désorbent.

Emmanouil Glynos (Fondation pour la Recherche et la Technologie-Hellas), expert de la physique des polymères a commenté, "Monnier et al ont pu observer la désorption en chauffant une fine couche de polymère, un beau résultat qui n'avait pas été obtenu auparavant. La calorimétrie rapide leur a permis de caractériser pleinement cette transition de phase insaisissable, c'est une avancée incroyable de l'état de l'art de la physique de la matière molle."

En plus des progrès considérables de l'étude des transitions de phase, cette étude ouvre à de nouvelles méthodes pour adapter les propriétés des nanomatériaux en tant que revêtements intelligents, électronique flexible et plus. Les propriétés de ces systèmes innovants, En réalité, dépendent du nombre de molécules adsorbées, et les auteurs prévoient qu'en maîtrisant adéquatement la transition adsorption/désorption, il sera possible de fabriquer des matériaux plus performants et plus durables.