... spécialement conçues pour l'étude locale de systèmes bidimensionnels liquides ou solides.

Exemple ci-contre : "Rafts" (ou pseudo-rafts) dans une bicouche de phospholipides (egg-PC) observés par la technique SEEC (entre polariseurs croisés) sur Si/SiO2. (Thèse Sawsan Mohamad , 2011).

Mes premiers développements instrumentaux (TIRF à angle variable, Mesure d'angle de contact, Interféromètre TIRF à polarisation) ont été motivés par des études physico-chimiques (adsorption et déplétion de polymères près d'une surface solide, mouillage, films précurseurs). Puis, poussé par le besoin d'observer des systèmes bidimensionnels dans l'espace direct, j'ai été amené à développer plusieurs techniques d'imagerie optique. Un système bidimensionnel peut être une surface (limite franche entre deux milieux), une interface (zone de transition) ou une couche de molécules, voire une bicouche ou plus si tous les étages sont solidaires.  Partant de couches de molécules très grosses (copolymères blocs) pour aller progressivement vers des plus petites (cristaux liquides, phospholipides, cristaux 2D, et bientôt couches intercalées entre des feuillets de cristaux 2D), il fallait améliorer sans cesse la sensibilité de ces techniques. Cette évolution a produit successivement la microscopie à contraste ellipsométrique (1986), la microscopie SEEC (1999) et la microscopie BALM (2012). Progressivement, ces techniques sont devenues en elles-mêmes une préoccupation tout aussi importante que les objets d'étude qui les avait motivées.

Le fait d'étudier les systèmes 2D dans l'espace direct, par opposition à l'espace réciproque qui intègre les informations sur toute la surface, est un choix fort. En ce qui me concerne, il sert la conviction suivante : les règles de conservation (qui sont si importantes en physique) n'ont de sens qu'associées à une échelle spatiale. Cela sonne comme une évidence mais elle est souvent négligée. Elle me pousse en tout cas à privilégier les études locales et aussi les systèmes d'étendue finie. Dans ces derniers, les effets de bord sont souvent tellement importants que je ne sais plus très bien dissocier l’existence et les propriétés de l’intérieur d’un domaine de celles de ses frontières.

Les réactions électrochimiques sont un exemple dans lequel l’échelle associée aux règles de conservation doit piloter beaucoup de choses. Fortement non linéaires (l'état du système bascule brutalement quand le paramètre de contrôle, le plus souvent une tension, atteint un certain seuil), elles s'apparentent à des transitions de phase du premier ordre, dont l'évolution est régulée par des phénomènes de transport. Il s'ensuit premièrement que les réactions électrochimiques sont gouvernées par les fluctuations, et non seulement par des quantités moyennes comme on le considère le plus souvent, et deuxièmement que les structures qui résultent de ces transformations, et leur évolution, doivent être très dépendantes des concentrations ou distributions des réactifs (la condensation d’un domaine asséchant une zone dont la taille dépend de ces éléments). La technique BALM permettra sans doute bientôt de mettre ces phénomènes en évidence, car c'est la seule technique optique qui permette l'étude en temps réel de phénomènes électrochimiques sur une aire inférieure au micron². Cela rend cette technique très prometteuse pour les recherches dans le domaine de l'énergie. Avec une résolution moindre mais une mise en œuvre infiniment plus simple, c’est dans ce domaine une alternative peu coûteuse au TEM en phase liquide.