Développement d'une plateforme Operando pour l'élucidation de mécanismes réactionnels en mécanochimie. – MECAMECA

Ce projet ANR (JCJC), MECAMECA, aspire à développer et combiner des instrumentations operando innovantes et originales pour l'élucidation des synthèses mécanochimiques. En effet, la compréhension et le contrôle des phénomènes physico-chimiques se produisant lors des réactions de broyage à billes (BM) sont actuellement, pour la plupart, largement inexplorés. Cette problématique a d’ailleurs été identifiée par la communauté internationale comme l’un des défis majeurs à relever dans un futur proche. C’est dans ce cadre que ce projet ambitionne de développer une nouvelle plateforme multi-techniques d'analyse des synthèses de BM en temps réel, qui apportera des informations inédites sur les phénomènes complexes physico-chimiques en jeu. Cet outil unique s'appuiera sur cinq méthodes dont trois nouvelles : 1/ la spectroscopie de résonance quadripolaire nucléaire (RQN), 2/ l’acoustique et 3/ la vidéo haute-vitesse.
Le capteur BM-RQN développé au cours de ce projet sera le premier du genre et apportera une information chimique locale sans précédent sur l'évolution du mélange en temps réel. Il sera combiné à l’analyse acoustique, une méthode que nous avons récemment développée pour les synthèses de BM, ainsi qu’à une caméra haute-vitesse qui complète parfaitement la plateforme en enregistrant des informations physico-chimiques importantes directement liées aux mouvements des billes dans le bol. De plus, afin de compléter la chaîne d’analyse, un aspect du projet est spécifiquement dédié à la prise en charge et la simplification du traitement de données issues de la plateforme operando.
Les cinq méthodes constituant la plateforme operando (les trois nouvelles ainsi que la spectroscopie Raman et le suivi en température) sont complémentaires, et vouées à être facilement/largement applicables en laboratoires, académiques et industriels. Elles permettront d’apporter une contribution importante à l’ensemble de la communauté de chimistes, en aidant à élucider et à maîtriser les voies chimiques complexes qui se déroulent à l’intérieur des bols de broyage. Dans le projet cet aspect est illustré par l’utilisation de la plateforme operando dans deux cas concrets : 1/ la résolution des mécanismes réactionnels des couplages électrophiles croisés en voie solide et, 2/ la compréhension des modifications structurales de matériaux photovoltaïques d’intérêt (pérovskites) en temps réel dans le bol de broyage.
Le projet MECAMECA adopte donc une approche multidisciplinaire à l'interface entre développements instrumentaux, chimie analytique et chimie de synthèse. Ainsi, ce projet vise à accroître de manière significative l’attractivité de cette voie de synthèse respectueuse de l’environnement qu’est la mécanochimie, en mettant un terme au mythe de la boîte noire.