L’enveloppe de verre des nouveaux bâtiments représente une véritable peau entre l'intérieur et l'extérieur du bâtiment qui assure de nombreuses fonctions. Au-delà du design, cette peau s’est complexifiée pour devenir un objet à fort contenu technique. En effet, elle doit permettre au bâtiment de se protéger de l’environnement extérieur et du bruit, de s’adapter au climat et de réguler les apports solaires à l’origine d’une utilisation excessive de la climatisation. Pour se protéger des apports solaires, l’enveloppe du bâtiment est généralement équipée de stores mécaniques qui occultent le passage de la lumière et de la chaleur.

Dans les années 2000, Saint-Gobain a initié une nouvelle approche qui consiste à doser de manière intelligente la quantité de lumière et de chaleur nécessaire au fonctionnement optimum des bâtiments en développant du vitrage électrochrome SageGlass à teinte dynamique.

Le revêtement électrochrome est appliqué sur du verre par pulvérisation cathodique. Il est constitué d’un empilement de plusieurs couches céramiques. Celles-ci sont polarisées par une faible tension (maximum 3V) qui permet de teinter le revêtement en provoquant la diffusion des ions lithium et des électrons, d’une couche électrochrome à une autre. Lorsque la polarisation est inversée, les ions et électrons migrent vers leurs couches d’origine et le verre redevient clair. La teinte de ces vitrages peut être pilotée par le système d’automatisation du bâtiment, par des interrupteurs ou par une application.

Après plus d’un siècle de combustion des énergies fossiles, il est temps de trouver d’autres sources d’énergie et d’autres sources de carbone pour alimenter les sociétés de demain. Quoi de mieux que d’étudier, comprendre et mimer le vivant, notamment dans sa capacité à réaliser des photosynthèses ?

Les organismes photosynthétiques, plantes ou microalgues, réussissent ce formidable exploit, sur notre planète et à tout instant, de convertir le dioxyde de carbone, en présence d’eau et en utilisant l’énergie solaire, en molécules carbonées riches en énergie, toute la biomasse qui nous entoure. Les chimistes se sont déjà lancés dans cette formidable aventure de la « photosynthèse artificielle » : synthétiser des carburants en « mélangeant » soleil, eau et CO₂. Des résultats récents, en particulier du laboratoire, sont présentés pour illustrer les potentialités de cette stratégie.

La société OliKrom créée en octobre 2014 est l’exemple d’une deeptech, initiée à partir de recherche fondamentale (Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux, CNRS/Univ. Bordeaux) dans le domaine de la commutation moléculaire. L’un des enjeux est de concevoir et fabriquer des édifices moléculaires susceptibles de commuter sous l’influence d’un apport d’énergie, de l’échelle du laboratoire à la production industrielle. À cet égard, l’article présente différents exemples.

L’un d’entre eux est le cas des matériaux à transition de spin du fer(II) susceptibles de changer d'état de spin réversiblement, sans aucune fatigabilité, sous l'action de la température, d'une irradiation lumineuse, d’un champ magnétique, d’une pression… Un autre est le développement de la peinture routière LuminoKrom® luminescente (www.luminokrom.com) utilisée aujourd’hui pour renforcer la sécurité des zones accidentogènes et accroitre la visibilité des zones insuffisamment éclairées.

En astronomie, la quasi-totalité de l’information provient de la lumière et en particulier de la possibilité de décomposer celle-ci par le biais de la spectroscopie qui permet de remonter à la composition chimique des « objets » observés. L’infrarouge et les ondes radio, par exemple, donnent accès à la composition moléculaire des nuages interstellaires d’où se forment les étoiles et les planètes. De plus, la lumière joue un rôle capital dans la chimie de la Galaxie et particulièrement dans la chimie des origines de la vie.

Cet article s’intéresse aux molécules observées dans le milieu interstellaire, molécules qui sont à l’origine de la matière organique présentes dans le système solaire primitif et retrouvées dans les météorites à la surface de notre planète. La formation et l’observation précise de glaces « sales » interstellaires va mener, par le biais de leur photochimie étudiée en laboratoire, à la formation de molécules organiques complexes dont certaines comme les acides aminés, les sucres et les bases nucléiques sont considérées comme de potentielles briques du vivant. De même, des expériences de laboratoire, réalisées sur le synchrotron SOLEIL en lumière polarisée circulairement, mènent à la formation de molécules chirales présentant des excès énantiomériques, en particulier sur les acides aminés, excès que l’on retrouve effectivement dans ces mêmes météorites, permettant ainsi de valider une partie d’un scenario astrophysique plausible menant à la possibilité d’émergence de la vie sur des planètes de type tellurique, dans le cadre d’une chimie prébiotique qui reste cependant largement à définir.

L’alternance du jour et de la nuit est un facteur environnemental majeur qui a influencé en profondeur l’évolution de la vie sur la Terre. Ainsi les organismes vivants ont développé des systèmes de mesure du temps, les horloges circadiennes (circa = proche ; diem = jour) leur permettant d’anticiper et de s’adapter aux changements environnementaux journaliers. Grâce à ces horloges, les fonctions physiologiques (par exemple : métabolisme, division cellulaire) et comportementales (par exemple : alternance veille/sommeil, prise alimentaire) sont réparties de manière optimale le long du cycle lumière/obscurité, ce qui favorise la survie.

Cet article présente les modifications biochimiques qui ont lieux aux différentes étapes de ces processus d’adaptation du vivant au cycle lumière/obscurité. Il abordera la question de leurs dérèglements, des problèmes de santé associes, ainsi que les principes de la luminothérapie.

Depuis près de 60 ans d'existence, le LASER, tout d'abord à l'état d’expérience de laboratoire, est devenu progressivement industriel, en raison notamment de sa fiabilité et des puissances et fluences disponibles.

Après de multiples applications dites classiques s'effectuant principalement dans le volume des matériaux (découpe, soudage…) sont apparues des applications plus marginales faisant appel à des dynamiques de surface (marquage, écrouissage, texturation…) sur des échelles de temps allant du continu jusqu'à la centaine de femto-secondes. Ainsi, le monde industriel est-il distribué aujourd'hui entre des applications visant une échelle métrique (fabrication additive directe de métaux par LASER) et celles à échelle micrométriques voire nanométriques (fonctionnalisation de surfaces).

Cet exposé présente quelques applications permises par les lasers industriels, en décrivant le principe, la mise en application, et les techniques de mesure, tout en mettant l'accent sur certains aspects chimiques.

Dès le début de la chimie scientifique, les chimistes se sont intéressés aux réactions induites par absorption de la lumière. Contrairement aux réactions thermiques, les réactions photochimiques sont initiées à l'état électroniquement excité dans lequel la configuration électronique est différente. En conséquence la réactivité chimique des molécules excitées se distingue considérablement ; elle est parfois complémentaire à la réactivité ordinaire d'un composé. Par ce fait les transformations photochimiques enrichissent la méthodologie en synthèse organique.

Dans ce contexte, on peut remarquer les points suivants : les synthèses multi-étapes des composés complexes peuvent être raccourcies et simplifiées, des réactions dans des structures supramoléculaires comme les cristaux sont facilement réalisées, la chimie redox des composés organiques est enrichie, les différentes formes de catalyse sont favorablement influencées, dans beaucoup de réactions, le photon est un réactif qui ne laisse pas de traces (traceless reagent), les transformations sont souvent faciles à mettre sur l'échelle industrielle, l'utilisation des microréacteurs et des procédés en flux continu facilitent les transformations photochimiques.

Les liens traditionnellement forts entre la photochimie organique et la physicochimie permettent une analyse et une compréhension approfondies des mécanismes ce qui facilite l'optimisation des réactions. Depuis environ deux à trois ans, l’industrie chimique et pharmaceutique s’intéressent fortement aux réactions photochimiques dans le but de trouver de nouveaux produits biologiquement actifs et de développer des procédés écologiquement et économiquement avantageux.

Un certain nombre de corps ou de systèmes moléculaires émettent de la lumière sous l’influence d’une excitation soit photonique, soit électrique. Ils ont alors des propriétés de fluorescence ou de phosphorescence. Dans l’apparition de lumière et d’images dans le monde des télécommunications, la chimie est constamment sollicitée.

Dans les premiers tubes cathodiques, le canon à électrons, le verre du tube sous vide, les électro-aimants de commande, les revêtements phosphorescents de la dalle font appel à la chimie du solide. Les recherches et les perfectionnements des propriétés des oxysulfures dopés sous forme de pixels ont permis l’avènement de la télévision couleur.

La révolution des écrans plats succédant aux tubes cathodiques a été une fulgurante application des cristaux liquides, des pigments organiques et des LED (Light Emitting Diode). Enfin la découverte et les applications des OLED (Organic Light Emitting Diode), semi-conducteurs organiques, ont non seulement réduit drastiquement l’épaisseur des écrans mais aussi rendu ces supports souples dont le dernier smartphone pliable est un exemple. La chimie n’a toujours pas dit son dernier mot puisque la venue des « quantum dot » introduit les dimensions nanométriques dans la concurrence des écrans toujours plus grands et toujours plus fidèles. Au cours de l’exposé, en illustrant ces découvertes et leurs développements, nous mettons en valeur la chimie du solide, la photochimie la chimie organique et celle des polymères.

Matériau transparent, le verre laisse passer la lumière. Des phénomènes colorés variés peuvent alors apparaitre lors des chocs, élastiques ou inélastiques, qui se produisent entre le rayonnement lumineux et les atomes qui composent le verre.

Les verres colorés sont le plus souvent obtenus par addition de pigments minéraux à base d’oxydes de transition. L‘énergie lumineuse est absorbée pour mettre en jeu des transitions électroniques au sein des orbitales ‘d’ ou ‘f’. C’est ainsi qu’avec le cobalt on obtient le bleu vénitien des verriers de Murano. Les polysulfures de fer confèrent au verre une couleur ambre caractéristique des bouteilles de champagne. La délocalisation des électrons le long des chaines de polysulfure permet d’absorber les UV responsables de la dégradation.

Des couleurs dites physiques sont obtenues par diffusion de la lumière. Une couleur rouge intense est ainsi obtenue avec des nanoparticules d’or. L’interaction de la lumière avec les électrons de conduction produit la couleur caractéristique des verres ‘rubis’ qui font la beauté des vitraux de nos cathédrales.

Cet article montre comment l’interaction entre la lumière et le verre peut conduire à des colorations variées utilisées dans de nombreux domaines de la technologie verrière.

Parmi les différents types de lumières utilisables, celle issue des lasers joue un rôle particulier en raison de ses propriétés uniques, issues de la compréhension fine de la structure énergétique des matériaux et des processus d’absorption/émission en jeu à l’échelle des molécules ou des atomes. Le laser tire ses propriétés uniques en grande partie du matériau qui le constitue, et est donc lié de près à la chimie de ce matériau, que ce dernier soit un polymère, une molécule, ou un solide.

En retour, les lasers sont devenus des instruments indispensables dans nombre de laboratoires en permettant par exemple d’observer finement la dynamique temporelle de certaines réactions chimiques (à l’échelle de la femtoseconde !) ou de mesurer les niveaux d’énergie des atomes et molécules avec une grande précision grâce à sa finesse spectrale. En plus de ce rôle analytique, le laser peut également activement induire ou influencer des réactions chimiques, il peut briser des liaisons sélectivement, dissocier ou fragmenter des molécules, séparer des isotopes…

Dans ce chapitre après un bref survol du principe de fonctionnement du laser, on décrit comment les propriétés spécifiques de la lumière laser peuvent être utiles pour certaines applications en chimie ou en médecine par exemple, maintenant et dans un futur proche.