Organogels fonctionnels à deux composants – FOGEL

Comme précisé dans les travaux de la Stratégie Nationale de Recherche (SNR, Plan d'Action 2016 de l'Appel à Projets Générique ANR) et notamment dans la présentation de l'une des cinq priorités du Défi 3 "Stimuler le renouveau industriel" (Priorité 14 "Conception de nouveaux matériaux") : « les produits du futur seront de plus en plus complexes, associant différents matériaux permettant de combiner chaque avantage spécifique dans le produit final ... À la diversité croissante des composants de base s’ajoutent des combinaisons de plus en plus variées. Les procédés de mise en forme et de mise en oeuvre de ces multi-matériaux ... représentent donc un enjeu majeur. »
C'est précisément dans ce contexte que se situe le projet FOGEL, qui vise à contribuer à une meilleure compréhension des phénomènes guidant les processus de structuration d'édifices auto-assemblés, à partir d'une famille spécifique d’organogels à deux composants donneur-accepteur.
Les organogels constituent une classe fascinante de matériaux préparés par voie bottom-up. Ces systèmes sont en effet capables de traduire des phénomènes de reconnaissance liés à l'échelle moléculaire, en réseaux macroscopiques structurés, constitués d’assemblages monodimensionnels enchevêtrés. Ces matériaux, basés sur l’auto-assemblage de molécules organiques dans un solvant donné (organogélifiants), ont fait l’objet d’études intensives justifiées par une synthèse généralement aisée des précurseurs, une bonne modularité et par la simplicité de leur mise en œuvre. Alors qu’ils sont utilisés avec succès dans plusieurs domaines, ils souffrent néanmoins de plusieurs handicaps qui ont freiné leur utilisation, notamment dans le domaine en pleine effervescence de l’électronique (photonique) organique. D’une part, la rationalisation des capacités de gélification d’un système donné est extrêmement délicate ; d’autre part, ils reposent sur des assemblages porteurs de défauts souvent rédhibitoires pour des applications en électronique.
Dans ce contexte, des avancés spectaculaires ont été réalisées ces toutes dernières années avec une approche basée sur des organogels à deux composants complémentaires donneur-accepteur (D-A). Ces derniers offrent la possibilité de combiner à la fois les propriétés intrinsèques de chacune des deux entités (par exemple optique/électronique) tout en s’appuyant sur leur complémentarité pour générer l’auto-assemblage par transfert de charge. Nous avons récemment décrit (2016) la préparation de systèmes basés sur cette approche, par utilisation d’organogélifiants intégrant deux ou trois unités photoactives pyrène (D). Une augmentation considérable de la capacité de cet organogélifiant à former des gels a pu être observée par ajout d’accepteurs (A) variés et ce, fait remarquable, pour des ratios A/D très faibles, suggérant ainsi un processus de polymérisation supramoléculaire inédit pour cette classe de gélifiants. En s’appuyant sur ce résultat novateur, nous proposons au travers du projet FOGEL, une étude exhaustive couvrant les différentes facettes de cette nouvelle approche très prometteuse. En particulier, FOGEL permettra d’étudier tant au niveau expérimental que théorique, les fondements guidant les processus de nucléation et de croissance à partir de ces gels D-A. L’impact de différents paramètres (comme le ratio A/D) sur leur stabilité, la morphologie des microstructures résultantes et sur leurs propriétés mécaniques sera évalué afin d’en optimiser la mise en forme. Ce dernier point permettra de mener de manière préliminaire l’étude de leur applicabilité pour la détection de composés nitroaromatiques (explosifs) et pour le transport de charge (conductivité). Les résultats de ces études fondamentales seront par ailleurs réinvestis dans la conception de nouveaux organogélifiants, afin d’étendre le périmètre de cette approche novatrice.