Depuis la découverte de l’effet photovoltaïque en 1839 dans une cellule électrochimique, les progrès de la conversion photovoltaïque de l’énergie solaire ont été considérables et souvent associés à la chimie. L’explication la plus générale de l’effet photovoltaïque fait appel à des concepts issus de la chimie.

Aujourd’hui, on sait utiliser de nombreux matériaux, organiques ou inorganiques, pour convertir l’énergie solaire efficacement. On se prépare aussi à atteindre les rendements ultimes permis par cette technologie grâce à un contrôle de plus en plus fin de l’élaboration de matériaux et d’assemblages de plus en plus complexes. Grace à la chimie, des procédés ont pu être développés qui ont conduit à faire du photovoltaïque l’une des énergies les plus économiques actuellement et à la rendre massivement disponible. Les nouveaux procédés en cours de développement permettent d’envisager la fonctionnalisation d’un très grand nombre de surfaces, à bas coût, et par chimie douce, pour les rendre capable de convertir l’énergie lumineuse.

Depuis la découverte de l’effet photovoltaïque en 1839 dans une cellule électrochimique, les progrès de la conversion photovoltaïque de l’énergie solaire ont été considérables et souvent associés à la chimie. L’explication la plus générale de l’effet photovoltaïque fait appel à des concepts issus de la chimie.

Aujourd’hui, on sait utiliser de nombreux matériaux, organiques ou inorganiques, pour convertir l’énergie solaire efficacement. On se prépare aussi à atteindre les rendements ultimes permis par cette technologie grâce à un contrôle de plus en plus fin de l’élaboration de matériaux et d’assemblages de plus en plus complexes. Grace à la chimie, des procédés ont pu être développés qui ont conduit à faire du photovoltaïque l’une des énergies les plus économiques actuellement et à la rendre massivement disponible. Les nouveaux procédés en cours de développement permettent d’envisager la fonctionnalisation d’un très grand nombre de surfaces, à bas coût, et par chimie douce, pour les rendre capable de convertir l’énergie lumineuse.

La chimie qui interagit avec la lumière dans les matériaux fait partie de notre environnement et de notre vie quotidienne. Cette interaction contribue à des fonctions multiples : la protection, la stabilisation de la dégradation des matériaux comme avec le filtre solaire Tinuvin®, et une interaction sur des mécanismes d’actions comme DN- Aura® ou encore les pigments à effets de nos voitures.

Dans la chimie développée chez BASF, le progrès se catégorise dans 4 grands domaines : protéger de la lumière, dompter la lumière, utiliser les technologies optiques pour la R&D, embellir par la lumière.

Différentes solutions innovantes sont présentées pour illustrer le champ des possibles en matière de développements de la chimie autour de la lumière. Les propriétés physiques de la lumière sous un large spectre d’ondes électromagnétiques confèrent à la chimie une dimension élargie dans des secteurs aussi variés que l’éclairage des bâtiments, la peinture automobile, l’extraction d’ingrédients cosmétiques à partir du végétal, ou encore la miniaturisation des systèmes. Au-delà des solutions innovantes, la lumière rend les univers invisibles à l’œil nu visibles grâce à la mise au point de technologies optiques exceptionnelles et adaptées. L’optique ouvre la porte vers l’exploration d’éléments structuraux et porte la chimie jusqu’à la production de matière « vivante » en 3D encore appelée bio-impression.

La quantité de données en ligne est trop importante pour être totalement exploitée manuellement par l’Homme. Des outils numériques (algorithmes et logiciels) ont été développés pour les manipuler : ils permettent de récupérer les données pour les utiliser et éventuellement générer des hypothèses pour concevoir de nouveaux médicaments. Cela passe, entre autres, par l’étude de données relatives aux petites molécules chimiques d’intérêt pharmaceutique et aux poches de liaisons de protéines. Il est également possible d’envisager le repositionnement de médicaments et de prédire la toxicité de molécules.

Partie des programmes associées :

• Programme d’enseignement scientifique de terminale : Thème 3 – Une histoire du vivant & Thème 3.5 – Intelligence artificielle
• Programme de terminale STL spécialité : S33 – Cycle cellulaire cancer et cellules souches & L4 – Mobiliser les outils numériques en biotechnologie
• Programme de CPGE : Chimie du et pour le vivant / La chimie dans les processus du vivant
• Programme de DUT Chimie : Chimie du vivant

Qualifier une orbitale moléculaire de liante ou antiliante est une chose bien connue dans l’enseignement, mais il est plus difficile de les définir quand on veut les calculer. L’article trace un large panorama sur ces notions en les reliant aux forces exercées par les électrons sur les noyaux. Les auteurs présentent les résultats de la recherche actuelle sur les forces orbitalaires avec la spectrophotométrie photoélectronique (UV lointain) et donnent une application pour une liaison exotique dans le cas du propellane.

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L’auteur revient sur l’exposition exceptionnelle au Musée du Louvre d’octobre 2019 à février 2020 et répond aux questions suivantes : quels sont les pigments que Léonard de Vinci utilisait pour peindre ? Quelles techniques ? Pourquoi la réflectographie IR révèle les dessins préparatoires et les hésitations de l’artiste dans L'Adoration des Mages ?

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Si les propriétés mécaniques de la soie d’araignée sont voisines de celles des polyamides artificiels (par exemple le PA 6-6) ou de la soie des vers à soie, la synthèse par génie génétique (introduction de gènes d’araignée) ne donne encore actuellement que des fibres trop courtes par rapport aux fibres naturelles de la soie des vers à soie !

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Il s’agit ici de revenir sur les nouvelles définitions de quatre unités de base du système international (SI) : le kilogramme, l’ampère, la mole et le kelvin. Ces unités attribuent maintenant des valeurs numériques fixées à quatre constantes : la constante de Planck, la charge élémentaire, la constante d’Avogadro et la constante de Boltzmann. Les trois unités restantes de base : la seconde, la vitesse de la lumière et le candéla ne sont pas modifiées car elles font appel à des valeurs numériques fixées à savoir respectivement, la fréquence de transition du ¹³³Cs , le mètre, la constante K_cd (qui intervient dans la définition de la candela). Cependant, leurs définitions sont réécrites. Le nouveau système est entré en application depuis le 20 mai 2019. La mole est l’unité de la quantité de matière et contient exactement 6,022 140 76 x 10²³ unités élémentaires.

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On trouve ici les définitions de plusieurs termes du domaine des nanomatériaux et des machines moléculaires, résultant des travaux de Jean-Pierre Sauvage, Prix Nobel de Chimie en 2016, ainsi que leurs équivalents étrangers.

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La microscopie optique permet d’observer le vivant à une échelle submicronique. Le développement de marqueurs fluorescents de plus en plus performants rend possible de suivre la dynamique des biomolécules avec un résolution spatiale temporelle sans précédent : un bel exemple où la chimie et la biologie permettent non seulement « d’observer » mais aussi de « suivre » ces transformations !

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