Diffusion de la lumière dynamique résolue en espace à l'intérieur d'une goutte de taille millimétrique : De la diffusion brownienne au gonflement des perles d'hydrogel

Nous présentons un dispositif de diffusion de la lumière dynamique pour examiner, avec une résolution temporelle et spatiale, la dynamique microscopique des systèmes de matière douce confinés à l'intérieur de gouttes sphériques de taille millimétrique. En utilisant une configuration optique ad hoc, nous abordons les défis soulevés par les effets de réfraction dus à la forme peu conventionnelle des échantillons. Nous validons d'abord le dispositif en étudiant la dynamique d'une suspension de particules browniennes. Les dynamiques mesurées à différentes positions dans la goutte, et donc à différents angles de diffusion, s'avèrent en excellent accord avec celles obtenues pour le même échantillon dans un dispositif de diffusion de lumière classique. Nous démontrons ensuite les capacités du dispositif en examinant une perle en hydrogel polymère subissant un gonflement. La dynamique microscopique du gel présente une dépendance spatiale qui varie fortement avec le temps écoulé depuis le début du gonflement. Initialement, la dynamique à la périphérie de la perle est beaucoup plus rapide qu'au centre, indiquant un gonflement non uniforme. À mesure que le gonflement progresse, la dynamique ralentit et devient plus spatialement homogène. En comparant les résultats expérimentaux aux calculs numériques et analytiques pour la dynamique d'une sphère homogène et purement élastique subissant un gonflement, nous établissons que le déplacement quadratique moyen des brins de gel s'écarte du mouvement affine déduit de la déformation macroscopique, évoluant d'une dynamique de type diffusion rapide au début du gonflement à des réarrangements plus lents, mais supradiffusifs, à des stades ultérieurs.