Jessica Clough présentera un séminaire intitulé : Imagerie à résolution moléculaire de la déformation et de l’endommagement dans les matériaux polymères

Les matériaux polymères se déforment et rompent selon des processus hautement hétérogènes qu’il est difficile de résoudre uniquement à partir de mesures mécaniques macroscopiques. Les concentrations de contraintes locales, la redistribution des contraintes, les réarrangements moléculaires et l’apparition de dommages se produisent souvent autour des défauts, des interfaces, des inclusions et d’autres hétérogénéités structurelles, bien avant la rupture macroscopique. Comprendre ces processus nécessite des approches expérimentales capables de relier la mécanique macroscopique à la réponse moléculaire locale.

Au cours de cette présentation, je montrerai comment les sondes de force moléculaires, ou mécanophores, peuvent être utilisées comme indicateurs optiques de la déformation et de l’endommagement dans les matériaux polymères. En utilisant des mécanophores supramoléculaires fluorescents qui répondent à des forces moléculaires relativement faibles, nous avons cartographié la déformation hétérogène autour de défauts, d’inclusions et de régions de contraintes concentrées, tant dans des matrices polymères élastomères que vitreuses. Ces expériences ont permis de générer des cartes de déformation quantitatives basées sur la fluorescence, révélant comment les champs de déformation locaux s’écartent de la charge appliquée macroscopiquement.

Pour sonder les conséquences chimiques de ces concentrations de contraintes et de déformations, nous avons développé un mécanophore à base de coumarine qui subit une transformation chimique induite par la force pour générer un colorant coumarine fluorescent. Cette plateforme permet de cartographier optiquement les dommages moléculaires permanents, tout en offrant un contrôle à la fois sur le seuil d’activation et sur les propriétés photophysiques du rapporteur. Elle ouvre ainsi la voie à la visualisation de l’endroit et du moment où se produisent les ruptures de liaisons au niveau moléculaire pendant la déformation et la rupture du matériau.

À l’avenir, nous développerons des mécanophores de nouvelle génération combinant la sensibilité à la force avec des lectures optiques photocommutables ou basées sur la durée de vie de fluorescence. Ces systèmes visent à détecter des stades d’endommagement plus précoces et plus localisés, et à étendre la cartographie des forces à l’échelle moléculaire vers une imagerie à l’échelle nanométrique et résolue en temps des processus de déformation dans les systèmes polymères.

Ensemble, ces stratégies permettent une cartographie optique à résolution moléculaire de la manière dont les matériaux polymères se déforment et rompent. En révélant où la déformation se concentre, quand l’endommagement commence et comment des événements moléculaires conduisents à une rupture macroscopique, elles peuvent contribuer à guider la conception de matériaux polymères plus durables et plus fiables.