Diffraction de rayons X sous incidence rasante de monocouches

Diffraction de rayons X sous incidence rasante de monocouches amphiphiles à
l’interface eau-air : vers la résolution atomique
Jeremy Pignat1 et Jean Daillant2
1 Laboratoire
de Physicochimie des Polymères et Interfaces (LPPI). Université de Cergy-Pontoise, site de Neuville, 5
Mail Gay-Lussac 95031 Cergy-Pontoise
2 Laboratoire Interdisciplinaire sur l’Organisation Nanométrique et Supramoléculaire (LIONS). SCM, bât. 125
CEA-Saclay F-91191 Gif-sur-Yvette Cedex
Les molécules d’acides gras à longue chaîne forment des films de Langmuir qui présentent différentes
phases suivant les conditions de température et de pression de surface. Ces phases ont d’abord été caractérisées à l’aide d’isothermes (pression de surface en fonction de l’aire moléculaire pour une température fixée)
et leur symétrie a été établie grâce à la diffraction de rayons X sous incidence rasante au cours des années
90 [1]. Ces études ont permis de définir, par exemple, les paramètres de la maille élémentaire ainsi que
l’angle et la direction d’inclinaison des molécules, mais on a longtemps considéré que le désordre inhérent
à ces systèmes interdisait d’aller au-delà. Nous montrerons qu’une analyse cristallographique plus complète utilisant un programme standard tel que SHELX-97 permet de pousser l’analyse au niveau atomique.
Nous avons analysé des spectres obtenus sur des films d’acide stéarique (C18), d’acide arachidique (C20)
et d’acide béhénique (C22) pour différentes phases au cours de la compression. Cette étude s’est révélée
sensible aussi bien à l’organisation des molécules entre elles (symétrie de la maille, angle et direction d’inclinaison des molécules, orientation du squelette carboné) qu’à l’organisation des atomes au sein même de
la molécule (orientation de la tête carboxylique par rapport à la chaîne carbonée, défauts de conformation de
la chaîne), ce qui n’avait jamais été fait auparavant. Nous avons également pu démontrer l’existence d’une
organisation des molécules à forte pression de surface (de symétrie p2gm) prévue par des calculs d’énergie
de réseau [2] mais encore jamais mise en évidence. Finalement, ces études doivent permettre de déterminer
l’organisation de l’eau (liaisons hydrogènes) au contact du film organique.
[1] M.K. Durbin, A.G. Richter, C.-J. Kmetko, J.M. Bai, and P. Dutta. Phys. Rev. E 58, 7686-7690 (1998)
[2] I. Kuzmenko, V. Kaganer, L. Leiserowitz. Langmuir 14, 3882-3888 (1998)