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Les plastiques, omniprésents dans notre quotidien, sont faits de polymères, ces grandes molécules ou chaînes formées par la répétition de briques élémentaires appelées monomères. Les plus courants, appelés plastiques de commodité, sont le polyéthylène ou le polypropylène, formés uniquement d'atomes de carbone et d'hydrogène.
L'introduction d'autres atomes le long du squelette de la chaîne de polymère ou dans des groupements latéraux permet d'accéder à des fonctionnalités enrichies, on parle de polymères de spécialité ou polymères (multi)fonctionnels. Parmi eux, ceux contenant du soufre suscitent beaucoup d'intérêt car cet atome riche en électrons peut conférer des propriétés optiques, chimiques ou mécaniques originales au matériau.
Dans de nombreux polymères contenant du soufre, la répartition des atomes de soufre le long de la chaîne polymère est très mal contrôlée. Ces polymères soufrés sont amorphes, mous et peu résistants à la chaleur, ce qui limite fortement leurs performances et leurs applications. Tout l'enjeu réside donc dans le développement de briques moléculaires capables d'assurer un agencement régulier des atomes de soufre le long de la chaîne.
C'est ce que viennent de réaliser des scientifiques de l'Institut de science des matériaux de Mulhouse (CNRS/Université Haute-Alsace), de la Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau (Allemagne) et du Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW).
Pour y parvenir, les scientifiques ont conçu une nouvelle brique moléculaire qui “programme” à l'avance l'espacement régulier des atomes de soufre dans la future chaîne polymère. Sous l'action de la lumière, cette brique réagit rapidement avec des composés soufrés simples pour former des polymères stables tout en conservant un agencement très ordonné des atomes de soufre. Cette réaction, qui est induite par la lumière, peut être menée dans des conditions douces et en l'absence de catalyseur métallique tout en atteignant rapidement des hauts poids moléculaires et taux de conversion.
Les polymères obtenus sont des matériaux semi-cristallins stables même à haute température. Mais mieux encore: sous irradiation ultraviolette, ils émettent de la lumière sans addition de colorant fluorescent.
Cette émission lumineuse provient de l'agencement régulier des atomes de soufre à l'intérieur du matériau qui autorise des interactions électroniques originales. Ce phénomène ouvre des perspectives pour des applications en optique, en détection ou dans le domaine des matériaux fonctionnels.
Au-delà des nouvelles propriétés mises en évidence, ce travail s'inscrit dans une large réflexion sur des procédés de synthèse efficaces et sobres en ressources pouvant contribuer au développement de plastiques plus performants et plus durables, mieux adaptés aux enjeux technologiques et environnementaux actuels.
Rédacteur: CCdM