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Leçons inaugurales

Exemples et futur d’une histoire millénaire

Extraits de la leçon inaugurale du 23 janvier 2014
Jean-Marie Tarascon
p. 8
Traduction(s) :
Examples and Future of a Millennial History

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Texte intégral

Jean-Marie TarasconAfficher l’image
Crédits : Patrick Imbert - Collège de France

1Le développement de l’humanité a toujours été lié à celui des matériaux. Ce postulat ne cesse de se vérifier aujourd’hui, puisque les technologies émergentes restent toujours tributaires de la capacité de la chimie, parfois capricieuse, à fournir des matériaux plus performants et adaptés aux contraintes supplémentaires qu’on leur impose.

2Dans ce contexte, le mariage « chimie du solide – énergie » constitue un binôme essentiel pour répondre aux enjeux fondamentaux et appliqués liés à la transition énergétique.

3Utilisée depuis des millénaires comme une série de recettes similaires à l’art culinaire, la chimie du solide est devenue, avec le temps et suite aux découvertes scientifiques du XIXe siècle, une véritable science de la matière et de ses transformations. C’est par l’expérience que le chimiste peut révéler les secrets de cette matière et mieux la comprendre, afin de pouvoir la transformer de façon raisonnée pour créer des matériaux aux fonctionnalités recherchées pour l’énergie.

Pile de Bagdad, croquis des trois pièces

© Ironie

4Le couplage « chimie du solide – énergie » existait déjà dans l’Antiquité, si l’on en croit la pile de Bagdad. De plus, les potiers d’antan savaient comment transformer un mélange vulgaire d’argile d’eau en une poterie esthétique, et les artisans de la fonderie comment obtenir des métaux. C’est ainsi qu’à travers les siècles, l’âge de pierre laissa place à l’âge du cuivre, puis à celui du bronze et du fer. On rappellera également que le premier pigment artificiel, le bleu égyptien, fut synthétisé 5 000 ans avant Jésus-Christ. Aucun de ces artisans ne connaissait les réactions chimiques impliquées dans ces transformations mais ils opéraient selon des recettes fiables dont ils ne comprenaient pas la science.

5Le passage du savoir-faire à une science régie par des lois scientifiques n’a pas été facilité par les alchimistes dont la devise générale était de transformer les métaux en or sur la base de quatre éléments combinés qu’étaient le feu, l’air, la terre et l’eau. Il fallut ainsi plus de 2 000 ans pour passer de ces quatre éléments combinés aux 33 éléments proposés en 1789 par Lavoisier – considéré de fait comme le père de la chimie moderne. Ses travaux déclenchèrent une effervescence de la chimie sous tous ses aspects, à un moment où elle allait bénéficier des grandes découvertes du XIXe siècle (notamment le rayonnement X par Röntgen ou l’atomistique, développée par Planck et Schrödinger).

6C’est l’ensemble de ces découvertes qui ont contribué à un renouveau de la chimie du solide au début des années 1950. Ce nouvel essor tira également parti, d’une part, des interactions fortes s’étant créées avec les physiciens du solide mais aussi de la conjoncture industrielle très favorable pour des matériaux innovants. La chimie du solide est devenue ainsi une science, basée sur la relation entre les propriétés et les structures, afin d’élaborer de nouveaux matériaux à fonctionnalités spécifiques.

7Ces fondements établis, c’est à partir de son outil principal qu’est le tableau périodique que le chimiste du solide pourra choisir les éléments appropriés pour contrôler la liaison chimique, composer sa partition et concevoir de nouveaux composés, voire ajuster leurs propriétés physico-chimiques à la demande. Ainsi, via un jeu de substitution cationique / anionique, il pourra orienter les propriétés de conduction électroniques et ioniques des matériaux, leurs propriétés optiques, leurs couleurs, leurs propriétés magnétiques voire leurs propriétés de stockage d’énergie pour en faire des matériaux très prisés pour l’industrie.

8Cette chimie douce a ainsi révolutionné nos approches de synthèse, permettant non seulement de stabiliser de nouvelles phases mais aussi d’en modifier leur morphologie, afin d’utiliser celles-ci comme une troisième dimension (en sus de la température et de la pression), pour orienter « au mieux » les performances des matériaux obtenus. Au mieux, car cette science peut être occasionnellement au carrefour du prévisionnel et de l’inattendu, ce qui en fait tout son charme pour le chimiste.

9En raison du temps limité qui nous est imparti pour répondre aux problèmes énergétiques, la capacité du chimiste, son intuition à assembler les atomes, à créer des composés, ne sont plus suffisantes pour puiser rapidement la richesse du tableau périodique qui comprend des miliers de combinaisons. Beaucoup d’espoir repose donc sur la chimie théorique combinatoire raisonnée afin de mimer au niveau des matériaux ce qui se fait au niveau du génome.

Leçon inaugurale à paraître aux Éditions Fayard et disponible sur le site www.college-de-france.fr à la page du professeur.

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Table des illustrations

Légende Pile de Bagdad, croquis des trois pièces
Crédits © Ironie
URL http://journals.openedition.org/lettre-cdf/docannexe/image/1764/img-1.png
Fichier image/png, 255k
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Pour citer cet article

Référence électronique

Jean-Marie Tarascon, « Exemples et futur d’une histoire millénaire », La lettre du Collège de France [En ligne], 38 | juin 2014, mis en ligne le 01 avril 2015, consulté le 13 décembre 2017. URL : http://journals.openedition.org/lettre-cdf/1764

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Auteur

Jean-Marie Tarascon

Chimie du solide et de l’énergie

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Droits d’auteur

© Collège de France

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