Quand l’or vire au rouge : la physique des nanométaux

Les nanoparticules d’or sont bien étranges : quand leur taille devient inférieure à 100 nanomètres, elles perdent leur couleur dorée, pour devenir rouges.
Cette conférence se propose de faire la synthèse chimique en temps réel et d’expliciter par la physique le phénomène, pour mieux comprendre les applications de ces petites particules, en médecine et pour les analyses biologiques.

A l’origine de ce phénomène, il y a les plasmons. Ce sont des excitations collectives des électrons libres contenus dans la particule d’or.
Les plasmons existent dans tout échantillon de métal, même de taille macroscopique, mais notre œil ne les détecte que dans les milieux très divisés où la quantité d’interface entre les particules et le milieu extérieur est très grande : ce sont les plasmons d’interface. Leur longueur d’onde (leur couleur) dépend un peu de leur taille et beaucoup de la forme des nanoparticules. Si elles sont sphériques, elle tombe dans le rouge. C’est la cause de la couleur rouge en transmission de gobelets ou autres objets faits avec un verre qui contient des nanoparticules d’or, savoir-faire détenu par les Romains depuis le 4^e siècle.

De nouvelles applications des plasmons voient le jour depuis peu, comme pour l’analyse biologique où ils constituent des capteurs ultra-sensibles, car leur longueur d’onde change quand des molécules sont adsorbées en surface des nanoparticules. On pourra également les utiliser en médecine, pour la thermothérapie.
C’est Michael Faraday qui a le premier suggéré que la couleur rouge était due à la nature colloïdale (colloïde : petite particule en suspension dans un liquide) de l’or.