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Vincent Dupuis

Maître de Conférence Section CNU 28 "Milieux denses et matériaux"

Contact:vincent.dupuisATupmc.fr

  • Tél : +33 (0)1 44 27 38 34
  • Fax :+33 (0)1 44 27 38 56

THEMES DE RECHERCHE

  • Magnétisme des nanoparticules magnétiques

De part leur dimensions manométriques, les nanoparticules magnétiques synthétisées au laboratoire (principalement des oxydes de fer ou du ferrite de cobalt) se présentent comme des monodomaines ferro/ferri-magnétiques possédant un moment magnétique géant (de l’ordre de 10 000 magnétons de Bohr pour une nanoparticules d’oxyde de fer de 10 nm de diamètre). Lorsque ces particules sont dispersées dans un liquide, on s’attend, si les particules sont suffisamment petites pour ne pas former des chaînes (la taille critique pour l’oxyde de fer est de l’ordre de 15-20 nm), à un comportement superparamagnétique avec un processus d’aimantation réversible (loi de Langevin) et une aimantation nulle en l’absence de champ magnétique. Si cette approche marche relativement bien, plusieurs observations expérimentales (diminution de l’aimantation à saturation de l’ordre de 20-30% par rapport au bulk pour un diamètre de 10 nm, qui s’accentue lorsque le diamètre diminue, augmentation de l’énergie d’anisotropie lorsque la taille diminue, etc...) montrent qu’une nanoparticule magnétique est un système plus complexe qu’un spin géant et qu’une description plus adaptée nécessite d’envisager la nanoparticule comme un système multi-spins, réductible dans certains cas à un système coeur-coquille. Je m’intéresse à ces effets de surface qui proviennent de l’interaction des spins de surface désordonnés avec les spins de coeur. Ce magnétisme de surface peut être étudiée au moyen de la magnétométrie SQUID à basses températures (plate-forme MPBT de l’UPMC) ou encore par des mesures de biréfringence magnéto-induite sur des nanoparticules dont on fait varier la nature, le matériau, la taille, la morphologie en interaction forte avec les chimistes de synthèse. Un autre aspect qui m’intéresse également dans le domaine des nanoparticules magnétiques est le chaînage de "grosses" nanoparticules ainsi que la transition mondomaine-multidomaines lorsque la taille de la particule permet la nucléation d’une paroi de domaine.

  • Structure et dynamique des ferrofluides

Si la nanoparticule magnétique se révèle être un système complexe avec des effets de surface non triviaux, les assemblées de nanoparticules magnétiques en forte interaction sont un autre exemple de systèmes complexes. Ces systèmes présentent un comportement vitreux magnétique à basse température analogue à celui des verres de spins et un comportement vitreux structural (facteur de structure amorphe, dynamique l’ente de translation et de rotation, vieillissement) à température ambiante. En pratique, le contrôle des interactions à l’échelle colloïdale entre nanoparticules magnétiques dans un ferrofluide permet d’explorer une variété de phases allant du fluide homogène au solide (vitreux) en passant par des systèmes diphasiques et des phases de sols ou de gels d’agglomérats de nanoparticules. Je m’intéresse à ces divers aspects liés aux interactions interparticules en collaboration avec les physiciens théoriciens. En particulier, une nouvelle voie de recherche que nous commençons à explorer est celle des mélanges de nanoparticules de tailles et/ou de formes variées qui laissent envisager des comportements exotiques originaux.

  • Applications biomédicales et environnementales des nanoparticules magnétiques

En collaboration avec les chimistes de l’équipe Colloïdes Inorganiques, je m’intéresse également aux applications des nanoparticules magnétiques :

En relation avec le domaine biomédical, je m’intéresse principalement au pouvoir chauffant (hyperthermie magnéto-induite) des nanoparticules magnétiques lorsqu’on les soumets à des champs magnétiques radiofréquences d’intensité modérée (100-300 Oe). L’étude et compréhension du phénomène qui passe par le développement de dispositifs permettant des mesures magnétiques entre 50 kHz et 1 MHz permet

En relation avec le domaine de l’environnement, je m’intéresse aux propriétés magnétiques de micro/milli-sphères composites biopolymère ou silice-nanoparticules magnétiques pouvant servir pour la dépollution des eaux (minéralisation catalytique de polluants, adsorption de métaux lourds...). Dans ce contexte, le magnétisme peut être utilisé pour séparer facilement ces nouveaux matériaux au moyen de gradients de champs magnétiques produits par des électro-aimants développés au laboratoire. Un procédé de dépollution en continu au moyen d’un lit fluidisé stabilisé magnétiquement est en cours de développement dans l’équipe.

Premiers essais de lit fluidisé stabilisé magnétiquement.

  • Instrumentation et sciences participatives

Récemment, en lien avec le montage du Fablab de Sorbonne Universités, j’ai développé des capteurs low-cost de qualité de l’air dans le cadre d’un projet "openair" en collaboration avec des géographes de l’Université Paris Diderot. Ces capteurs transfèrent leurs mesures via une liaison bluetooth à un smartphone qui ajoute la localisation dans l’espace et le temps et transmet l’ensemble à un serveur web. Des ateliers citoyens ont été réalisés dans le cadre des fêtes de la science et ont permis aux participants de monter leur capteur et de partager leurs mesures de pollution.


BIBLIOGRAPHIE RECENTE

Influence of a dispersion of magnetic and nonmagnetic nanoparticles on the magnetic Fredericksz transition of the liquid crystal 5CB, A. Mouhli, H. Ayeb, T. Othman, J. Fresnais, V. Dupuis, I. R Nemitz, J. S Pendery, C. Rosenblatt, O. Sandre, E. Lacaze, Physical Review E 96 (1), 012706

Magnetic fluid hyperthermia probed by both calorimetric and dynamic hysteresis measurements, C Guibert, J Fresnais, V Peyre, V Dupuis Journal of Magnetism and Magnetic Materials 421, 384-392 (2017)

New approach for understanding experimental NMR relaxivity properties of magnetic nanoparticles : focus on cobalt ferrite, AL Rollet, S Neveu, P Porion, V Dupuis, N Cherrak, P Levitz, Physical Chemistry Chemical Physics 18 (48), 32981-32991 (2016)

Enhancing the magnetic anisotropy of maghemite nanoparticles via the surface coordination of molecular complexes, Y. Prado, N. Daffé, A. Michel, T. Georgelin, N. Yaacoub, J.-M. Greneche, F. Choueikani, E. Otero, P. Ohresser, M.-A. Arrio, C. Cartier-dit-Moulin, P. Sainctavit, B. Fleury, V. Dupuis, L. Lisnard, J. Fresnais, Nature communications 6, 10139 (2015)

Synthesis of Trimagnetic Multishell MnFe2O4@ CoFe2O4@ NiFe2O4 Nanoparticles, V Gavrilov‐Isaac, S Neveu, V Dupuis, D Taverna, A Gloter, V Cabuil, Small 11 (22), 2614-2618 (2015)

Rheological investigations on the theoretical predicted “poisoning” effect in bidisperse ferrofluids, E. Siebert, V. Dupuis, S. Neveu, and S. Odenbach, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, August 2014.

Maghemite nanoparticles and maghemite/silica nanocomposite microspheres as magnetic Fenton catalysts for the removal of water pollutants, N. Ferroudj, J. Nzimoto, A. Davidson, D. Talbot, E. Briot, V. Dupuis, A. Bée, M. Salah Medjram, S. Abramson, Applied Catalysis B : Environmental 136, 9-18 (2013)

Ultra magnetic liposomes for MR imaging, targeting, and hyperthermia, G. Béalle, R. Di Corato, J. Kolosnjaj-Tabi, V. Dupuis, O. Clément, F. Gazeau, C. Wilhelm, C. Ménager, Langmuir 28 (32), 11834-11842

Magnetic alginate beads for Pb(II) ions removal from wastewater, A. Bée, D. Talbot, S. Abramson and V. Dupuis, Journal of Colloids and Interface Science 362, 486 (2011).

Experimental evidence for violation of the fluctuation-dissipation theorem in a superspin glass, K. Komatsu, D. L’Hôte, S. Nakamae, V. Mosser, M. Konczykowski, E. Dubois, V. Dupuis and R. Perzynski, Physical Review Letters 106, 150603 (2011).

Doxorubicin loaded magnetic polymersomes : theranostic nanocarriers for MR Imaging and magneto-chemotherapy, C. Sanson, O. Diou, J. Thévenot, E. Ibarboure, A. Soum, A. Brulet, S. Miraux, E. Thiaudière, S. Tan, A. Brisson, V. Dupuis, O. Sandre and S. Lecommandoux, ACS Nano 5, 1122 (2011).

Ionic magnetic fluid based on cobalt ferrite nanoparticles : influence of hydrothermal treatment on the nanoparticle size, V. Cabuil, V. Dupuis, D. Talbot and S. Neveu, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 323, 1238 (2011).

Dynamics of paramagnetic nanostructured rods under rotating field, B. Frka-Petesic, K. Erglis, J.F. Berret, A. Cebers, V. Dupuis, J. Fresnais, O. Sandre and R. Perzynski, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 323, 1309-1313 (2011).

Highly porous and monodisperse magnetic silica beads prepared by a green templating method, S. Abramson, C. Meiller, P. Beaunier, V. Dupuis, L. Perrigaud, A. Bée and V. Cabuil, Journal of Material Chemistry 20, 4916 (2010).

Superspin glass aging behavior in textured and nontextured frozen ferrofluid, S. Nakamae, C. Crauste-Thibierge, K. Komatsu, D. L’Hôte, Y. Tahri, E. Vincent, E. Dubois, V. Dupuis and R. Perzynski, Journal of Applied Physics 107, 09E135 (2010).

Rotational dynamics and aging in a colloidal glass, E. Wandersman, V. Dupuis, E. Dubois and R. Perzynski, Physical Review E 80, 041504 (2009).


ENSEIGNEMENT

  • Atelier de Recherche Encadré Fablab en L1
  • Projets d’optique en M2
  • Projets expérimentaux de physique dans l’UE MP121 (4P311C), niveau M1, parcours PHYTEM.
  • Projets expérimentaux de physique (UE LP399 puis 3P022 et 3P024), niveau L3.

Passé,

  • TDs et TPs dans l’UE LP111 Physique classique I : énergie et mouvement, niveau L1, dans le parcours PCME.
  • Cours et TDs dans l’UE LC325 Du microscopique au macroscopique, niveau L3, dans le parcours Physique-Chimie.

ENCADREMENT DE THESES

Co-encadrement (avec Philippe Sainctavit (IMPMC) et Philippe Ohresser(Soleil, DEIMOS)) de la thèse de Niéli Daffé (2013-2016) : "Anisotropies magnétiques dans les ferrofluides". Financement par Labex MATISSE + Soleil.

Co-encadrement (avec Sophie Neveu) de la thèse de Véronica Gavrilov-Isaac (2012-2015) : "Synthèse de nanoparticules ma- gnétiques à anisotropie modulable". Financement par allocation du ministère de la recherche.

Co-encadrement (avec Jérome Fresnais et Véronique Peyre) de la thèse de Clément Guibert (2012-2015) : "tude des propriétés d’hyperthermie de nanoparticules dispersées dans des systèmes complexes". Financement AMN.

Co-encadrement (avec Régine Perzynski) de la thèse de Bruno Frka-Petesic (2006-2010) : "Agrégats de nanoparticules magnétiques auto-assemblées". Financement par allocation du ministère de la recherche.

Co-encadrement (avec Régine Perzynski) de la thèse d’Elie Wandersman (2004-2007) : "Transition vitreuse de nanoparticules magnétiques en interaction". Financement par allocation du ministère de la recherche.


RESPONSABILITES SCIENTIFIQUES ET ADMINISTRATIVES

  • Co-responsable avec Y. Zheng (à l’INSP) de la plateforme "Mesures Physiques à basse température" (MPBT) de l’UPMC qui comprend 2 magnétomètres à SQUID MPMS et une plateforme PPMS.
  • Membre de l’EFU Licence de Physique
  • Co-responsable avec T. Briant (LKB) de la plateforme d’enseignement de physique expérimentale.
  • Co-responsable avec C. Simon (PHENIX) du Fablab de Sorbonne Universités