Déplacer les molécules dans des verres avec la lumière

Les verres et plus généralement les matériaux amorphes (c’est-à-dire non-cristallins, depuis les polymères jusqu’aux verres de silice) font toujours l’objet de nombreuses recherches car étrangement, ils ne se distinguent pas des liquides par leur structure, bien que leurs propriétés dynamiques soient considérablement différentes (le verre est solide à température ambiante).

Certains verres sont dits photochromiques, c’est-à-dire qu’ils ont la propriété de changer de couleur sous l’action de la lumière. Quelle est l’origine de ce phénomène ? En 1995, deux équipes d’Amérique du Nord ont montré qu’il était possible d’induire des transports de matière macroscopiques en illuminant des polymères contenant des molécules photochromiques, les azo-benzènes. Mais quelle est l’origine de ce phénomène ? De nombreux modèles ont alors été développés mais aucun ne permettait de donner une vision globale des phénomènes observés, ni de rendre compte du comportement de matériaux très différents (verres, polymères…).

Les chercheurs de l’Institut des Sciences et Technologies Moléculaires d’Angers (CNRS / Université d’Angers) et de l’Université de Limoges viennent de démontrer par une simulation de dynamique moléculaire que l’action réversible de la lumière (le photochromisme) sur un verre photochromique induit une diffusion de matière qui s’apparente à la diffusion dans l’état liquide. Un peu comme dans un métro aux heures de pointes, pour sortir de la rame, il faut que les autres passagers acceptent de bouger. De même, pour bouger, les molécules qui constituent ces solides doivent attendre que l’une de leurs voisines bouge. On observe alors des mouvements d’ensemble dits coopératifs. Ce temps d’attente qui peut être extrêmement long explique que le milieu soit solide et non liquide.

Ces chercheurs ont également montré qu’il était possible de contrôler la viscosité du matériau c’est-à-dire la vitesse de diffusion de la matière dans le solide en changeant les molécules photochromiques et/ou la lumière. Ces résultats ouvrent ainsi la voie à de nombreuses applications. On peut par exemple espérer encapsuler un liquide gelé dans les nanopores d’un verre photochromique poreux qui, à priori, ne s’écoule pas. Sous l’action d’une lumière qui commandera le mouvement des molécules photochromiques, par effet coopératif, le liquide pourra lui aussi se déplacer jusqu’à sortir du milieu solide et donc être libéré à la demande. On pourrait ainsi réaliser de nouveaux dispositifs pour la délivrance contrôlée et localisée de médicaments.