D.2.2 Influence des paramètres

Afin d'étudier l'effet des différents paramètres (concentration initiale, pression osmotique, temps d'équilibration) sur l'organisation des NCP pour une concentration en sel ajoutée égale à 37 mM, nous avons réalisé une nouvelle série d'échantillons avec une concentration initiale de 260 mg/ml, et pour lesquels nous avons fait varier systématiquement la pression osmotique de la solution de 7,6.10⁵ à 2,35.10⁶ Pa, correspondant à des concentrations en PEG de 19 à 35%. Ces nouveaux échantillons ont été analysés 2 mois après leur préparation.

a ) Effet de la concentration initiale en NCP et du temps d'équilibration

Le diagramme de diffraction ainsi que l'intensité intégrée I(q), obtenus pour la concentration de PEG égale à 19% sont présentés sur la Figure IV-13a. Comme dans le cas décrit précédemment pour la même concentration de PEG, mais après 7 mois d'équilibration et pour une concentration initiale de 225 mg/ml, cet échantillon présente nettement un caractère essentiellement biphasique, avec coexistence d'une phase lamellaire et d'une phase hexagonale (et probablement aussi d'une faible proportion de régions désordonnées). Cependant, on constate que la proportion de phase hexagonale est plus faible dans le

diagramme de la Figure IV-13 (obtenu 2 mois après préparation de l'échantillon) que dans le diagramme de la Figure IV-11b (obtenu au bout de 7 mois). La faible intensité de ces pics nous empêche de savoir s'il s'agit d'un ordre hexagonal à 2 dimensions ou d'un ordre quasi-hexagonal à 3 dimensions. Elle nous permet par contre de faire l'hypothèse que l'organisation hexagonale ou quasi-hexagonale (qui correspond à une concentration en NCP élevée, supérieure à 480mg/ml) met plus de temps à s'établir que l'organisation lamellaire (qui est moins dense, sa concentration étant de l’ordre de 300 mg/ml). Notons finalement que pour ce nouvel échantillon (C_i=260 mg/ml, temps d'équilibration de 2 mois), nous n'avons pas observé de diagramme de type désordonné, comme celui présenté sur la Figure IV-11a pour le premier échantillon (C_i=225 mg/ml, temps d'équilibration de 1 mois). Ceci peut provenir du temps plus long d'équilibration, mais plus probablement de la concentration initiale plus élevée, qui favoriserait la démixtion.

Figure IV-13: (a) Diagramme de diffraction obtenu sur la ligne D24, pour une concentration saline de 37 mM, et une pression osmotique égale à 4,7.10⁵ Pa (PEG 19%). La concentration initiale de la solution de NCP avant le stress osmotique était de 260 mg/ml. L'échantillon est analysé 2 mois après sa préparation. (b) Intensité I(q) correspondant au diagramme de diffraction, obtenue par intégration dans un cadran de 30° centrée sur la verticale.

b ) Effet de la pression osmotique

L'effet de la pression osmotique est illustré sur la Figure IV-14, qui donne l'évolution de l'intensité diffusée obtenue par intégration des diagrammes de diffraction dans un cadran supérieur de 30°, pour des concentrations en PEG variant de 19 à 35%. Nous rappelons que la concentration initiale était de 260 mg/ml et le temps d'équilibration de 2 mois. On observe sur cette figure le passage d'une organisation essentiellement biphasique, lamellaire et hexagonale, pour 19% de PEG, à une organisation complètement désordonnée, pour 28 et 35 % de PEG, assez analogue à celle décrite dans le paragraphe IV.D.2.1 pour l'échantillon à PEG 19% de concentration initiale 224 mg/ml analysé au bout d'un mois (Figure IV-11). Le profil de diffusion obtenu à 23% est intermédiaire entre ces deux situations. Il semblerait donc qu'une augmentation de la concentration en PEG empêche les NCP de s'organiser en une (ou plusieurs) phase(s) ordonnée(s).

La seule différence notoire entre les profils de type "désordonné" obtenus à PEG 28 et 35% et présentés sur la Figure IV-14, et celui montré sur la Figure IV-11 pour PEG 19%, réside dans l'intensité du premier pic (situé au voisinage de 0.06 Å^-1), qui décroît quand la concentration en PEG augmente. L'explication en est simple : quand on compresse la solution, la distance moyenne entre colonnes diminue, ce qui entraîne un déplacement du premier pic du facteur de structure S(q) vers les plus grandes valeurs de q. Or, dans cette région de vecteur de diffusion, le facteur de forme F(q) des colonnes diminue violemment quand q augmente (voir la Figure IV-12). L'intensité diffusée I(q) étant le produit de ces deux quantités, il s'ensuit une diminution de la hauteur de son premier maximum quand on augmente la concentration de PEG.

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35

1E-3

0.01

0.1

23%

35%

28%

19%

I(

q

) (u.a.)

q (Å

)

Figure IV-14 : Evolution de l'intensité diffusée pour une concentration saline de 37 mM en fonction de la pression osmotique de l'échantillon, qui varie de 4,7.10⁵ à 2,35.10⁶ Pa, ce qui correspond à des concentrations en PEG de 19 à 35%. La concentration initiale en NCP était de 260 mg/ml. Les échantillons sont analysés 2 mois après leur préparation. Pour les échantillons entre 23 et 35% de PEG, la distance échantillon-détecteur était de 1467 mm, plus petite que dans toutes les expériences montrées précédemment (D»2480 mm), ce qui nous a permis d'explorer une région en q plus grande. On observe un quatrième pic de diffusion situé en q»0,22-0,23 Å-1

, qui provient à la fois (comme pour les 2^ème et 3^ème pics) du maximum dans le facteur de forme F(q_^) des colonnes, positionné vers 0,23Å^-1 (voir Figure IV-12) et de la strate de diffusion localisée sur le méridien (voir Figure IV-2 (b) et (c)) en q//»0,21Å-1

.

c ) Effet du champ magnétique

Pour les concentrations en PEG de 19 et 23%, nous avons réalisé des échantillons sous champ magnétique, dans le but initial de mieux comprendre l'organisation des phases à 37mM, grâce à l'orientation des échantillons. Les diagrammes obtenus sont effectivement orientés, mais le résultat surprenant est qu'ils sont complètement différents des diagrammes obtenus dans les mêmes conditions (même concentration initiale en NCP, même pression osmotique et même temps d'équilibre), mais sans champ magnétique. Les échantillons ne semblent plus biphasiques, puisque les pics caractéristiques de la phase lamellaire ont disparu. Les pics observés sont caractéristiques d'une organisation quasi-hexagonale à trois dimensions, analogue à celle observée pour la concentration saline de 160 mM. Il semble donc que le champ magnétique favorise la formation d'une seule phase, quasi-hexagonale, au détriment de la phase lamellaire. Il faut toutefois remarquer que le fait que cette phase soit

ordonnée à trois dimensions, et non pas hexagonale à deux dimensions (comme c'est le cas pour l'échantillon biphasique de concentration initiale 225 mg/ml et analysé après 7 mois - (paragraphe IV.D.2.1), n'est peut-être pas dû à l'effet du champ magnétique, mais à la valeur de la concentration initiale, qui est de 260 mg/ml pour les échantillons placés sous champ. Nous avons en effet constaté, pour la concentration saline de 50 mM, que le type de phase, hexagonale 2D ou quasi-hexagonale 3D, semblait déterminé par la valeur de la concentration initiale en NCP.

En conclusion, la nature des phases denses observées, pour une concentration saline de 37 mM et pour une pression osmotique supérieure à 4,7.10⁵ Pa, dépend de plusieurs paramètres (temps d'équilibration, concentration initiale en NCP, champ magnétique). Nous avons pu montrer que pour des temps d'équilibration relativement longs, de l'ordre de quelques mois, les échantillons présentent une démixtion vers une phase lamellaire et une phase hexagonale. Cette démixtion se produit d'autant plus rapidement que la concentration en NCP initiale, avant l'application du stress osmotique, est élevée et que la concentration en PEG est faible. Avant la démixtion, les particules présentent une organisation colonnaire très désordonnée (désordre intra- et inter-colonnes). En l'absence d'orientation même partielle de cette phase, nous ne sommes pas capable de préciser si l'organisation des colonnes est de type liquide isotrope, nématique ou hexagonale à très courte distance. Nous avons aussi observé qu'en présence d'un champ magnétique, les NCP s’organisent immédiatement en une seule phase de type quasi-hexagonale à 3 dimensions. En d'autres termes, la présence d'un champ magnétique, tend à supprimer le désordre et favorise l'apparition d'une organisation hexagonale au détriment de la phase lamellaire.

IV.E Transition vers les phases denses : existence d'une phase non ordonnée de