Abstract : First evidenced in 1995, the light-induced mass motion in layers of azobenzene-containing molecules remains partly unexplained. Although it is agreed that the isomerization of the azobenzene function triggers the phenomenon, it has led to diverging interpretations: some view it as an individual process where each molecule is independently put in motion, others as a collective one.
In this memoir, as a contribution to the study of this mass motion, we discuss a light-driven random-walk model where each moving azobenzene function drags the molecule to which it is grafted.
The experimental part of this work lies on atomic force microscopy measurements of the light-induced deformations and on the study of the evolution of the absorption properties of the layers of azobenzene-containing molecules. These results allow us to draw the main characteristics of the phenomenon. We also evidence the bleaching of the azobenzene chromophores which is bound to limit the mass motion.
The theoretical section that follows starts with a presentation of the hypotheses of the model. It consists in a diffusion motion of the azobenzene functions where each random step follows an isomerising absorption
Applied to the environment of layers, as resorted to experimentally, this model provides a suitable description of the light-induced surface deformations experimentally observed.
In the frame of this model, we assess the distance over which an azobenzene-containing molecule can be dragged. We also estimate the energetic output of this dragging process.
Finally, we discuss the microscopic origin of these molecular motors and we compare it to the model of thermal ratchets which are extensively resorted to in Biology nowadays.
Résumé : Mis en évidence en 1995, le mouvement de matière photo-induit qui est observé dans des couches de molécules contenant la fonction azobenzène reste en partie mal compris. Bien que tous s'accordent à penser que l'isomérisation de la fonction azobenzène en est le facteur déclencheur, son interprétation suscite des interprétations divergentes : certains l'envisagent comme un mouvement individuel, d'autres comme un phénomène collectif.
Dans ce mémoire de thèse, nous proposons et discutons un modèle de marche aléatoire piloté par la lumière dans lequel la fonction azobenzène entraîne dans son mouvement la molécule à laquelle elle est attachée.
La partie expérimentale de ce travail repose sur des mesures en microscopie à force atomique des déformations photo-induites et sur l'étude de l'évolution des propriétés d'absorption des azo-molécules. Elle permet ainsi de dégager les principales caractéristiques du mouvement. Nous mettons également en évidence le phénomène de photo-blanchiment des fonctions azobenzène
La partie théorique commence par une présentation des hypothèses du modèle. Il s'agit d'un mouvement de diffusion pour lequel chaque pas de la marche aléatoire de la fonction azobenzène est induit par une absorption. Appliqué aux conditions expérimentales utilisées, c'est-à-dire à des couches de molécules, ce modèle rend compte de façon satisfaisante des déformations photo-induites observées.
Dans le cadre de ce modèle, et tenant compte de la durée d'activité optique des chromophores, nous estimons la distance sur laquelle peut être déplacée une molécule dotée d'une fonction azobenzène.
Nous discutons également l'origine microscopique de ce moteur moléculaire en le comparant au cliquet thermique largement utilisé par les biologistes.