8 mars 2001

Un matériau organique hyper-résistant à la chaleur

Trois chercheurs du CERPIC publient dans Nature des résultats chamboulant des idées reçues en chimie des surfaces

Trois chercheurs du Département de chimie annoncent, dans l'édition du 22 février de la revue scientifique Nature, qu'ils sont parvenus à produire, par un procédé original de chimie des surfaces, un matériau organique qui demeure étonnamment stable jusqu'à des températures très élevées. Hicham Oudghiri-Hassani, El Mamoune Zahidi et Peter McBreen, du Centre de recherche sur les propriétés des interfaces et la catalyse (CERPIC), ont créé ce matériau en déposant, sous vide, une couche de molécules organiques formées de cétones cycliques sur un substrat solide inorganique, le carbure de molybdène. La réaction entre les deux composés produit, à la surface du carbure, une couche de molécules organiques (alkyles insaturés) exceptionnellement résistante à la chaleur.

En effet, lorsqu'ils ont déterminé la résistance thermique de ce matériau hybride organique-inorganique, les chercheurs ont été stupéfaits: la couche organique demeurait stable jusqu'à environ 900 degrés Kelvin (627 degrés Celsius). "Nous avons été très surpris par ce résultat, parce qu'en se basant sur la littérature existante en science des surfaces, on croyait que la structure du squelette de molécules organiques, sur des surfaces de métaux de transition qui sont de bons catalyseurs, ne résistait pas à des températures au delà de 600 degrés Kelvin, explique Peter McBreen. Après coup, on peut expliquer pourquoi ça demeure stable même à de hautes températures, mais au départ, rien ne nous permettait d'anticiper ce résultat."

Le côté inattendu de cette découverte, qui bouleverse les idées reçues en chimie des surfaces, a convaincu la revue Nature de publier l'article des chercheurs du CERPIC dans ses pages. Pour Peter McBreen, il s'agit d'une première publication dans la vénérable et vénérée revue britannique. Ses réactions? Il savoure la satisfaction "d'avoir accompli du bon travail d'équipe" et "d'avoir découvert quelque chose de vraiment intéressant".

Dans des moteurs?
L'étude publiée dans Nature montre également que la couche organique produite sur le carbure est "active pour des réactions de métathèse", l'un des domaines les plus "à la mode" en chimie de synthèse. "La couche organique est à la fois thermiquement stable et chimiquement active, signale Peter McBreen. On peut donc mettre à profit cette combinaison particulière de propriétés pour faire croître de minces couches de molécules organiques de façon contrôlée".

Les trois chercheurs estiment que le procédé qu'ils ont utilisé pourrait permettre la mise au point d'une panoplie de matériaux, dont on soupçonne à peine l'étendue. Ainsi, le matériau qui résulte de la conjugaison de cétones et de carbure de molybdène possède des propriétés très intéressantes. "Vu la dureté du carbure de molybdène et vu les propriétés thermiques et lubrifiantes de la couche de surface, on pourrait, par exemple, utiliser ce matériau pour fabriquer des pièces de moteur qui résisteraient mieux à l'usure, avance Peter McBreen. On pourrait créer d'autres carbures à valeur ajoutée, en combinant les propriétés spécifiques d'une molécule organique aux propriétés déjà très intéressantes des carbures" (dureté et conductivité électrique).

Il faudra sans doute encore plusieurs années de travail avant de faire passer cette découverte du laboratoire à l'industrie. Les chercheurs devront démontrer, entre autres, qu'il est possible de produire ces matériaux dans des conditions plus contraignantes que celles qui prévalent dans les laboratoires de recherche. Peter McBreen n'a pas déposé de demande de brevet pour cette découverte, mais il a l'intention de le faire pour les utilisations qui en découleront.

JEAN HAMANN