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Posté par Adrien le Jeudi 22/12/2016 à 00:00
Quand les défauts deviennent des qualités pour les matériaux
Développés il y a une vingtaine d'années, notamment par l'équipe de Gérard Férey médaille d'or 2010 du CNRS, les matériaux hybrides organiques-inorganiques sont d'abord connus pour leur porosité extrême. Cette propriété remarquable offre une large diversité d'applications dans les domaines de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.), de la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste pas seulement en une absence de maladie ou...) et du développement durable (Le développement durable (traduction de Sustainable development) est une nouvelle conception de l'intérêt public, appliquée à la croissance...). Des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le...) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le...) de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations...) Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la Marne et...) (CNRS/Chimie ParisTech) et de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) de Cambridge ont dressé un bilan de la recherche qui a révélé de nouvelles propriétés surprenantes chez ces matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.). Plus leur structure cristalline présente de défauts, plus ils peuvent être performants. Ces travaux sont publiés le 20 décembre dans Nature Chemistry.


Un matériau hybride (En génétique, l'hybride est le croisement de deux individus de deux variétés, sous-espèces (croisement intraspécifique), espèces (croisement interspécifique) ou genres (croisement...) organique-inorganique poreux désordonné.
© François-Xavier Coudert, CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).).

Les matériaux hybrides organiques–inorganiques sont des structures cristallines hyper-poreuses, leur surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est...) interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital...) peut représenter plus de 6 000 m2 par gramme (Le gramme est une unité de masse du Système international (l'unité de base est le kilogramme) et du système CGS. L'abréviation du gramme est g.). Cela leur permet d'immobiliser un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de molécules, d'où leur utilisation comme adsorbants pour capter par exemple du dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone (appelé parfois, de façon impropre « gaz carbonique ») est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène et dont la formule brute est : CO2.). La variété de leurs structures et de leurs compositions en font également d'excellents catalyseurs (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni des produits, ni des réactifs et...) pour de nombreuses réactions chimiques. Les assemblages supramoléculaires complexes de ces matériaux fascinent au point (Graphie) que des chimistes du monde (Le mot monde peut désigner :) entier se sont lancés depuis des années dans une course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) pour en synthétiser le plus possible. Alors que plus de 15 000 structures ont été créées à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début...), on ne connait en détail les propriétés physiques que de quelques dizaines d'entre elles. Au final, seule une dizaine sont actuellement commercialisées.

Les chercheurs du CNRS et de l'Université de Cambridge ont établi un état des lieux pour mieux connaitre leurs propriétés. Leurs travaux ont dévoilé un phénomène étonnant et contre-intuitif: les défauts, le désordre moléculaire et la flexibilité dans l'organisation (Une organisation est) cristalline apportent des caractéristiques positives à ces matériaux. Alors que les matériaux hybrides organiques-inorganiques sont souvent vus comme des structures cristallines rigides, les chercheurs soulignent qu'ils possèdent une large flexibilité à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle escamotable de grande hauteur. Le...), souvent couplée à leurs défauts. Dans d'autres cas, ces imperfections du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on...) cristallin augmentent leurs capacités catalytiques ou de capture (Une capture, dans le domaine de l'astronautique, est un processus par lequel un objet céleste, qui passe au voisinage d'un astre, est retenu dans la gravisphère de ce dernier. La capture de l'objet céleste aboutit à sa satellisation ou à...) de dioxyde de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.). Cette étude devrait permettre de trouver de nouvelles applications à ces matériaux en fonction de leurs propriétés et de nos besoins.

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Source: CNRS