Cécile Cottin-BizonneDirectrice de recherche CNRS à l'Institut Lumière Matière (ILM)

Cécile Cottin-Bizonne et la dynamique insolite de la matière active

Physicienne spécialiste des liquides aux interfaces, Cécile Cottin-Bizonne explore les comportements inattendus que peuvent adopter certains systèmes capables de s’autopropulser. À l’Institut Lumière Matière (ILM, CNRS / Université Claude Bernard Lyon 1) à Villeurbanne, elle co-dirige une équipe qui s’intéresse notamment à la matière active constituée de plusieurs éléments capables de se déplacer par eux-mêmes, comme des microbilles propulsées par des réactions chimiques, ou de petits disques de camphre glissant à la surface de l’eau. En laboratoire, elle observe comment ces objets, mis ensemble, développent des comportements collectifs étonnants : certains s’agrègent en amas virevoltants, d’autres se frôlent, s’entrechoquent ou se figent au gré de leur déambulation. Pour mieux comprendre ces dynamiques complexes, ses recherches allient dispositifs expérimentaux de haute précision et modélisation. À plus long terme, ces travaux ouvrent la voie à des matériaux capables de s’adapter à leur environnement, avec des applications potentielles par exemple en santé ou en agriculture.

Spécialiste de la physique des interfaces, Cécile Cottin-Bizonne étudie les frontières de l’hydrodynamique, là où les couplages microscopiques entre liquides et surfaces deviennent prépondérants. Recrutée au CNRS en 2004 après une thèse à l’université Lyon 1 et un séjour à Cornell University (Etats-Unis), elle est aujourd’hui directrice de recherche à l’Institut Lumière Matière, où elle explore notamment les propriétés de la matière dite « active ».

Cette matière, explique-t-elle, « est constituée d’objets capables de se mouvoir par eux-mêmes, comme s’ils avaient chacun un mini-moteur embarqué ». Ces objets sont le plus souvent fabriqués sur mesure, comme ces « particules Janus », des microbilles recouvertes de métaux différents qui se propulsent dans un fluide en exploitant des gradients chimiques auto-générés. D’autres expériences utilisent des pastilles de camphre capables de glisser spontanément à la surface de l’eau.

« Ce qui me passionne, c’est qu’en les mettant ensemble, on observe des phénomènes collectifs totalement inattendus », souligne la chercheuse. Par exemple de l’énergie injectée peut paradoxalement « figer » leur mouvement, ou conduire à la formation de structures tourbillonnaires qui rappellent des régimes turbulents.

Si ses travaux s’inscrivent dans une approche expérimentale, Cécile Cottin-Bizonne accorde une grande importance à la confrontation avec des modèles, développant des collaborations avec ses collègues chercheurs, ingénieurs, et doctorants. « La dynamique collective, c’est aussi celle du laboratoire : les idées naissent des échanges. », résume la chercheuse.

Ses travaux dessinent à long terme la possibilité de concevoir des matériaux capables de s’adapter à leur environnement. « Aujourd’hui, nous savons fabriquer des particules qui se déplacent toutes seules. L’étape suivante, ce sont des systèmes qui réagissent et s’adaptent ». Elle imagine par exemple des particules actives pour la délivrance ciblée de médicaments ou la diffusion localisée d’engrais en agriculture. Une matière de plus en plus active, en quelque sorte.