Lundi 6 juin 2011

Matériaux et chimie supramoléculaires

Ludwik Leibler
François Tournilhac
Ilias Iliopoulos

ESPCI ParisTech

S i les polymères sont omniprésents, aussi bien dans les organismes vivants que dans les objets manufacturés que nous manipulons tout les jours, c'est parce qu'ils offrent des combinaisons de propriétés irremplaçables en termes de légèreté, de transparence, d'imperméabilité, de résistance aux chocs et aux solvants. Par constitution, les polymères ne sont rien d'autre que des molécules mais dont la masse moléculaire est typiquement mille à cent-mille fois plus élevée que celle de la molécule d'eau. Produire de très grandes molécules est souvent délicat, mais la chimie macromoléculaire, qui s’attache à produire des molécules de très grande taille en établissant des liens chimiques permanents entre atomes, a fait des progrès impressionnants au XX° siècle. D’autre part la mise en œuvre des grandes molécules implique la manipulation des systèmes très visqueux et ne nécessite pas seulement le savoir-faire mais implique un coût énergétique considérable.

Figure 1a: Caoutchouc : un réseau moléculaire ayant des liens permanents.

La chimie supramoléculaire nous apprend à établir des liens réversibles entre molécules de taille moyenne, par exemple au moyen de liaisons hydrogène. Dotez une molécule de groupements capables de s'associer ainsi, elle aura tendance à s'unir à ses semblables et l'ensemble tendra à se comporter de la même façon qu'un objet de plus grande taille. En établissant des liens de ce type, on peut donc espérer obtenir à la fois les propriétés des polymères et la facilité de mise en œuvre des petites molécules mais il y a mieux car de tels systèmes ouvrent aussi d'autres perspectives telles que la possibilité de se réparer après un dommage subi ou d'être recyclés par dissociation et récupération des molécules constitutives du matériaux.

Figure 1b: Caoutchouc supramoléculaire : un réseau ayant des liens réversibles.

Cette conférence tentera de montrer comment les ressources de la chimie supramoléculaire peuvent être mises à profit pour réaliser des matériaux plus performants voire, les doter de propriétés originales théoriquement permises dès lors qu'on introduit une certaine quantité de liaisons réversibles à l'intérieur d'un matériau polymère.

Figure 2: Un caoutchouc supramoléculaire présente des propriétés d’auto-réparation étonnantes.
1: découpe, 2: réparation, 3: cicatrisation (1 heure à 20°C),
4: Test de traction sur le ruban réparé. Figure 1a: Figure 1b: Figure 2: