Un film de savon aux faces chimiquement distinctes représente la dernière avancée en date dans les recherches menées par le chimiste Sylvestre Bonnet. Ce film de savon unique, associé à un dispositif innovant capable de produire en continu de nouveaux films de savon, constitue une pièce cruciale du puzzle pour le développement de la photosynthèse artificielle. L'étude est publiée dans Physical Review Letters .
Les plantes possèdent une capacité unique :elles leur fournissent suffisamment d’oxygène et d’eau et, avec l’aide de la lumière du soleil, elles transforment ces ingrédients en oxygène et en sucre, leur source d’énergie. Les chercheurs explorent des moyens d'imiter ce processus, dans le but de produire du carburant durable au lieu du sucre en utilisant des molécules sensibles à la lumière.
Cela pourrait être réalisé de différentes manières. Cependant, dans le projet SoFia, achevé à l'été 2023, Bonnet et ses collègues se sont concentrés sur les feuilletons.
"Ici, nous imitons la membrane et les molécules sensibles à la lumière qu'une plante utilise pour la photosynthèse", explique-t-il. "Le savon est un matériau bon marché et nécessite peu d'énergie pour créer les films de savon."
Le but ultime est de produire du monoxyde de carbone (CO). Bonnet déclare :"Un ingrédient crucial du gaz de synthèse - un mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène gazeux - ce mélange gazeux peut ensuite être reconverti en carburant liquide, adapté aux véhicules."
L'équipe a développé une machine qui ajoute des molécules sensibles à la lumière au savon et produit ensuite un flux continu de bulles de savon uniformes. Sous l’influence de la lumière, et dans de bonnes conditions, la photosynthèse peut éventuellement se produire sur les films de savon de ces bulles. En cas de succès, les produits finaux de la réaction photochimique sont automatiquement séparés au bas de l'appareil.
Cependant, il y avait un problème :la photosynthèse nécessite un film de savon chimiquement différent des deux côtés. "C'est un aspect fondamental dans la nature", explique Bonnet. "Lorsque vous convertissez de l'énergie en une autre forme d'énergie, une asymétrie est nécessaire. La membrane cellulaire d'une plante est également asymétrique, tout comme notre peau. À plus grande échelle, vous pouvez penser à un moteur dans lequel l'énergie chimique est convertie en mouvement. Un moteur fonctionne toujours dans un seul sens."
Naturellement, les faces d’un film de savon sont chimiquement identiques. Les chercheurs ont dû trouver un moyen de modifier la chimie sans briser le film fragile du savon ou, en d'autres termes, sans faire éclater les bulles.
Bonnet explique :« Nous devions appliquer différentes molécules des deux côtés, mais c'était assez difficile. Lorsque nous essayions avec une pipette, les bulles éclataient. Finalement, nous avons utilisé un brouillard spécial fabriqué par notre collègue Cees van Rijn de l'Université. d'Amsterdam. Avec ce spray, nous avons pu appliquer délicatement nos molécules sensibles à la lumière sur le film de savon. La spectrométrie a confirmé que les deux faces du film de savon résultant sont effectivement différentes."
Il existe désormais une machine qui produit automatiquement des films de savon et une technique permettant de préparer chimiquement ces films pour la photosynthèse. "Nous avons également expérimenté la production d'hydrogène en faisant briller une lumière bleue sur une mousse photocatalytique", ajoute Bonnet.
"Il faut maintenant combiner ces trois étapes. Le but ultime :une machine qui crée des films de savon asymétriques. Qui, lorsqu'on l'éclaire, délivre du carburant d'un côté et de l'oxygène de l'autre. C'est assez révolutionnaire et ambitieux. Cependant, nous disposons déjà de plusieurs pièces cruciales du puzzle et sommes sur la bonne voie."
Plus d'informations : Nidhi Kaul et al, Réalisation d'architectures brisant la symétrie dans les films de savon, Physical Review Letters (2024). DOI : 10.1103/PhysRevLett.132.028201
Informations sur le journal : Lettres d'examen physique
Fourni par l'Université de Leiden
