Equipement

Ce montage* est unique dans le Grand-Ouest et permet, sur un même site, l'étude de la matière, des échelles atomiques aux dimensions mésoscopiques. Le générateur de rayons X est une anode tournante (Cu) équipée par construction de deux sorties pourvues chacune d'un détecteur bidimensionnel de grande taille. La ligne de diffusion / diffraction aux petits et moyens angles est spécialement destinée à l'étude de la matière molle (détergence, cosmétique, pharmacie...), des colloïdes, des matériaux polymériques, etc... Finalisée dans les mois à venir, elle sera à terme utilisable selon deux configurations différentes, une à haut flux (miroir courbe installé actuellement) et une à haute résolution (miroir courbe + monochromateur germanium). Le détecteur bidimensionnel est mobile, permettant une variation de la distance échantillon-détecteur, D, entre 0.2 et 2m (WAXS à SAXS). Un tube sous vide placé entre l'échantillon et le détecteur limitera l'absorption des X par l'air aux grandes distances D. L'équipement de l'environnement échantillon (thermostatation, passeur, etc...) est prévue et évoluera en fonction des besoins.

Cet instrument de recherche très performant est accessible aux demandes de chercheurs du public ou du privé. Pour tout renseignement, adressez-vous au responsable scientifique de cette plate-forme : Prof. P. Méléard, Tél. (33) 2 23 23 80 78 ou philippe.meleard@ensc-rennes.fr

* Son financement est assuré par des ressources provenant du plan état-région de l'ENSCR et par des compléments du CNRS, de l'Université de Rennes 1 et de l'Université de Bretagne Sud. Placée sous la responsabilité scientifique de P. Méléard, la construction de cet outil a nécessité la mise en commun des moyens scientifiques et techniques de plusieurs laboratoires : l'UMR CNRS 6052 "Synthèses et Activations des Biomolécules" basée à l'ENSCR, l'UMR CNRS 6626 "Groupe Matière Condensée et Matériaux" de l'Université Rennes 1 et l'EA 2592 "Laboratoire Polymères et Procédés" de l'Université de Bretagne Sud.

Matière molle & Rayons-X

Le phénomène d'auto-organisation est fréquent dans la matière molle. Les molécules amphiphiles (tensioactifs, phospholides, etc...) s'associent pour former des phases micellaires, hexagonales (A), lamellaires (B & C), cubiques, etc... Les distances caractéristiques de telles phases (flèches rouges) étant grandes par rapport à la longueur d'onde (1.54Å), leur étude par diffraction des rayons-X nécessite un montage spécifiquement adapté aux petits angles. Par exemple pour une phase lamellaire ayant une distance de répétition d'environ 100 Å, le pic de diffraction du premier ordre est observé à un angle inférieur de 1°, ce qui explique le besoin d'une grande distance échantillon-détecteur.

Une autre particularité de la matière molle est liée aux faibles variations de la densité électronique entre ces milieux aqueux/gras, ce qui résulte dans une faible intensité de diffusion/diffraction des rayons-X. Le montage conçu pour l'étude de tels milieux est donc équipé d'un set-up à haut flux (faible résolution) pour des systèmes à faible contraste ainsi qu'un set-up à haute résolution pour des systèmes à contraste moyen (exemple : phospholipides).

La diffraction aux petits angles (SAXS)

Les systèmes complexes supramoléculaires sont en général caractérisés par des grandes distances caractéristiques. Dans le cas ci-contre par exemple, une phase lamellaire impose des contraintes sur des cyclindres intercalés entre les bicouches, suffisamment concentrés pour que leurs axes soient en moyenne parallèle : un ordre smectique et un ordre nématique sont simultanément détectés dans ce mélange de phospholipides et de fragments d'ADN (voir Pott & Roux FEBS Letters 551 (2002) 150-154). L'analyse précise des clichés obtenus aux petits angles fournit des informations importantes sur l'organisation moléculaire locale comme la distance de répétition (flèche bleue), la distance de corrélation (flèche rouge), le profil de densité électronique (courbe verte superposée)...

Pourquoi SMAXS ?

Les systèmes complexes supramoléculaires peuvent posséder un ordre à des échelles moléculaires. C'est ce que l'on voit sur le cliché ci-contre d'une dispersion de liposomes multilamellaires, où un pic de corrélation est détecté (anneau clair vers le bord du détecteur), indiquant une organisation liquide des chaînes aliphatiques de la région hydrophobe des bicouches (typiquement ici de l'ordre de 5 Å). Une même expérience de diffusion/diffraction des Rayons-X aux petits et moyens angles (SMAXS : environ 1-25°) permet donc d'étudier la matière selon l'ensemble de ses degrés d'organisation.

Echantillons minces & orientés

Dans notre groupe, nous avons une vaste compétence dans la fabrication et la caractérisation (SAXS et SMAXS) des échantillons orientés à base de phospholipides. L'avantage principal de cette orientation est lié aux très faibles quantités de matériel nécessaire pour obtenir des diffractions de haute qualité permettant la reconstruction du profil de densité électronique. La technique de dépôt en film mince sur substrat courbe est particulièrement avantageuse en limitant le temps d'acquisition et en permettant d'obtenir des diffractions de haute résolution. Il est alors possible d'accéder à des informations plus précises sur l'organisation moléculaire, par exemple l'épaisseur de la bicouche (HTH), la maille d'une phase ondulée, etc...

Le cliché de diffraction (SAXS) à gauche est obtenu à partir d'un système phospholipidique caractérisé par la coexistence d'une phase lamellaire et d'une phase hexagonale. L'échantillon contient environ 1mg de matière, déposé en film mince, et la résolution des pics correspond à la résolution intrinsèque du système. On peut noter que l'axe long des cylindres de la phase hexogonale est parallèle au plan des bicouches de la phase lamellaire.