Deux modes de chauffage induits par des nanoparticules d’or, révélés pour une même formulation
La chaleur générée par des nanoparticules d’or peut se faire de manière contrôlée en choisissant le type de laser : un laser continu va générer un large champ de température, tandis qu’un laser à impulsions ultracourtes va confiner la chaleur à l’échelle de chaque nanoparticule. Ces deux comportements ont été observés expérimentalement avec une seule et même formulation chimique, qui durcit à partir de 130°C, permettant de visualiser ces phénomènes de l’échelle macrométrique à l’échelle nanométrique.
Les nanoparticules (NPs) d’or peuvent convertir la lumière en chaleur, un phénomène appelé thermoplasmonique. Cette propriété est exploitée en médecine pour permettre la destruction ciblée de cellules ou en chimie pour la catalyse. L’enjeu est de contrôler précisément où et comment cette chaleur est générée, en particulier à l’échelle nanométrique.
Dans cette étude, une formulation thermopolymérisable, durcissant à partir de 130°C, est utilisée comme sonde de température pour visualiser la température générée par des NPs d’or. En illuminant un échantillon dense de NPs d’or avec deux types de lasers, un laser continu et un laser à impulsions ultra-courtes (60 fs), nous avons pu mettre en évidence expérimentalement deux régimes distincts de génération de température (Figure 1).
Figure 1 : (a) Résultats expérimentaux obtenus lors d’une illumination avec un laser continu (en haut) et un laser à impulsions fs (en bas) et (b) illustration du polymère généré par chauffage collectif (en haut) et confiné (en bas).
Avec le laser continu, la chaleur est générée collectivement par l’ensemble des NPs illuminées, la température est alors relativement uniforme sur la zone illuminée. Grâce à la formulation thermopolymérisable, nous avons pu observer des plots de polymère visibles à l’œil nu, mesurant plusieurs millimètres de diamètre pour une épaisseur de 70 µm.
Avec le laser à impulsions ultra-courtes, la température reste confinée autour de chaque NP. Un changement de couleur de l’échantillon est observé (Figure 1, bas), attestant la présence du polymère. Grâce à des observations en microscopie électronique à transmission (MET), nous avons pu observer qu’une fine coque de polymère d’environ 2 nm d’épaisseur s’était formée autour des NPs, validant le confinement de la température (Figure 2).
Figure 2 : Image MET de NPs d’or présentant une coque de polymère nanométrique après illumination avec le laser à impulsions femtosecondes en présence de la formulation thermopolymérisable. Les flèches indiquent le polymère.
Cette approche permet de visualiser la génération de chaleur en thermoplasmonique, à la fois à l’échelle macroscopique et nanométrique, avec une même formulation thermopolymérisable. Les calculs théoriques confirment les observations, validant les mécanismes de chauffage selon le type d’illumination. Cette méthode pourra être utilisée pour étudier des phénomènes thermiques à l’échelle nanométrique ou pour fabriquer des nanostructures hybrides par thermoplasmonique.
Contact
Céline Molinaro, CR CNRS (IS2M)
Référence
Céline Molinaro, Amine Khitous, Mathieu Bastide, Olivier Soppera. Controlled polymerization at macroscale and nanoscale through thermoplasmonics, Plasmonics (2026) 21 :1455-1463 (https://doi.org/10.1007/s11468-025-03308-6).
Ce travail s’inscrit dans le Moonshot Project SUNRISE du PEPR LUMA et a bénéficié d’une aide de l’État gérée par l’Agence Nationale de la Recherche au titre de France 2030 portant la référence ANR-23-EXLU-0003.
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