Des chimistes genevois ont fait un premier pas en vue de la création de dispositifs permettant de rendre visible la lumière infrarouge. Ces travaux publiés dans la revue Chemical Science pourraient à terme permettre d'en capter l'énergie.
La lumière visible pour l’oeil humain se situe entre l’ultraviolet (haute énergie) et l’infrarouge (basse énergie). C’est dans cette fenêtre que les cellules solaires captent la lumière pour produire de l’énergie.
Or, près de 50% du rayonnement solaire se situe dans la zone de basse énergie qu’est l’infrarouge proche et lointain, a indiqué jeudi l’Université de Genève (UNIGE) dans un communiqué.
Les chimistes de l’UNIGE, en collaboration avec le Centre de biophysique moléculaire du CNRS d’Orléans (F), se sont demandé s’il serait possible de combiner des molécules de terres rares afin de promouvoir les photons de la zone infrarouge vers la lumière visible et de les rendre utilisables par les cellules solaires.
Quinze éléments du tableau périodique sont qualifiés de terres rares, non pas parce qu’ils sont difficiles à trouver sur le globe, mais parce qu’ils possèdent des caractéristiques propres aux niveaux chimique, magnétique et optique. Ils sont utilisés dans la grande majorité des objets de notre quotidien: aimants, lampes, batteries, catalyseurs, entre autres.
Rejeter son voisin
Pour créer une chaîne moléculaire de terres rares, dite polymérique, il faut sélectionner deux terres rares, l’ytterbium et l’erbium, et les alterner dans les petits récepteurs moléculaires qui constituent la chaîne, afin de permettre le transfert de l’énergie. Mais les molécules d’ytterbium comme celles d’erbium ont tendance à se regrouper aux mêmes endroits de la chaîne, empêchant l’alternance.
'Il fallait trouver un moyen pour que lorsqu’une molécule de terre rare remplit un récepteur, elle rejette ensuite les molécules semblables des récepteurs voisins', explique Claude Piguet, professeur au Département de chimie minérale et analytique de l’UNIGE, cité dans le communiqué.
Les chimistes de l’UNIGE ont donc manipulé directement les molécules de terres rares à l’aide de groupes d’atomes qui déstabilisent la symétrie de ces éléments. 'En détruisant le centre de symétrie de la molécule, nous avons changé ses propriétés et construit son caractère asocial qui la pousse à rejeter toute molécule qui voudrait s’installer dans le récepteur voisin', précise Claude Piguet.
Principe de coopérativité
Mais comment la molécule sait-elle que le récepteur voisin est vide ou rempli? Dès que l’un d’entre eux reçoit une molécule de terre rare, il avertit ses récepteurs voisins grâce au principe de coopérativité qui lie le comportement des récepteurs de la molécule.
En effet lorsque le récepteur est plein, il change ses liens d’affinité avec ses voisins et favorise ou repousse les molécules qui voudraient s’y installer. 'Ce principe est capital pour nous permettre de rendre les molécules asociales', relève le Pr Piguet.
'Pour le moment, nous ne pouvons pas encore alterner un ytterbium et un erbium, mais nous pouvons faire en sorte que lorsqu’un ytterbium prend place, aucune autre terre rare ne vienne s’installer à sa gauche ou à sa droite, grâce au principe de coopérativité qui lui fait rejeter tout voisin possible', ajoute le spécialiste.
Première étape
Les chimistes de l’UNIGE sont donc à la première étape de l’organisation de la chaîne polymérique, qui à terme devrait permettre de rendre l’énergie infrarouge visible, une fois les vides comblés par les molécules d’erbium.
'Il y a 15 ans, il semblait impossible de pouvoir manipuler et empiler les photons en utilisant des molécules de terres rares. Aujourd’hui, nous pouvons les organiser et les trier comme nous le souhaitons. C’est une immense avancée vers l’usage de la lumière infrarouge dans de nouveaux outils que nous pourront reproduire à volonté et utiliser dans notre quotidien', conclut Claude Piguet.
/ATS
