Cette leçon illustre l’importance des procédés d’élaboration dans le contrôle de la structure à toutes les échelles des matériaux et par conséquent dans l’optimisation de leurs propriétés. En effet, un matériau ne correspond pas simplement à un composé, ni à une composition chimique. Par exemple, la même composition chimique SiO2 dénommée silice est le constituant principal du sable, des superbes cristaux formant le quartz, du verre à vitre, de l’élégante frustule protectrice des diatomées. Tous ces matériaux sont constitués d’enchaînements de tétraèdres SiO4, mais leurs propriétés diffèrent car ils n’ont pas été élaborés de la même façon et, de ce fait, ils peuvent être cristallisés ou amorphes et leurs « structures fines » sont différentes. Un matériau résulte en effet du couplage entre un composé chimique et un procédé d’élaboration. Les propriétés d’usage d’un matériau et sa robustesse dépendent fortement de la qualité du couplage entre sa chimie et son procédé d’élaboration. Le grand escalier de l’élaboration des matériaux, celui qui permet le passage du monde mésoscopique au monde macroscopique peut être emprunté selon un mode ascendant ou descendant. Le mode descendant consiste à diviser la matière massive ou à la façonner via des procédés physiques d’élaboration tels que la mécano-synthèse, l’ablation laser, la gravure ionique, la lithographie ou l’impression au sens large par exemple. Le mode ascendant consiste à construire la matière par assemblage d’objets moléculaires ou nanométriques. Au cours de cette leçon, nous avons présenté une revue du domaine sur la base de quelques exemples pertinents dans lesquels les procédés d’élaboration ascendants ou descendants et la chimie douce sont astucieusement couplés afin de construire des matériaux fonctionnels méso-structurés ou à structures hiérarchiques.
Après une courte introduction portant sur l’élaboration de films poreux méso-structurés, dont les parois peuvent être amorphes ou cristallines, obtenus par chimie douce et simple dépôt, nous avons insisté plus particulièrement sur les stratégies dites « intégratives ». Celles ci permettent d’accéder à des matériaux à structures hiérarchiques et sont basées sur le couplage entre la chimie douce, la physico-chimie de la matière molle et des procédés d’élaboration très variés. Ces structures multi-échelles peuvent être obtenues en suivant deux voies principales :
- le développement des modes de synthèse de la chimie douce en présence de micelles – qui partitionnent l’espace réactionnel à l’échelle de quelques nanomètres (2-10 nm) –, associée à des gabarits plus volumineux (tels que des billes de latex, des virus, des bactéries, les gouttelettes d’eau du brouillard surplombant une surface sur laquelle un solvant s’évapore, un substrat imprimé à l’échelle du micron mais éliminable, la structure micronique des microémulsions eau-huile, les réseaux fibreux issus de l’organogélation d’un solvant), et/ou plus généralement à des phénomènes de séparation de phase contrôlés.
- le couplage entre la chimie douce suivant cette première voie et des procédés physiques tels que l’électrofilage, le spray, l’impression jet d’encre, la lithographie optique UV par absorption à deux photons, la gravure ionique réactive.
Au travers de nombreux exemples, nous avons présenté toutes ces stratégies intégratives en illustrant les propriétés des nouveaux matériaux obtenus. Ces derniers sont intéressants pour des domaines d’applications tels que l’optique (cristaux photoniques), l’énergie (matériaux de stockage pour l’hydrogène, membranes pour les piles à combustibles, batteries,...), l’environnement (photocatalyseurs pour éliminer les polluants, catalyseurs pour la pétrochimie, membranes permsélectives à transport facilité), le domaine médical et la santé (sondes optiques ou magnétiques, implants, vecteurs, etc.).
