Les systèmes vivants ont la capacité de produire des mouvements moléculaires collectifs qui ont un effet à l'échelle macroscopique, comme un muscle qui se contracte via l'action concertée de moteurs protéiques. Afin de reproduire ce phénomène, une équipe de l'Institut Charles Sadron du CNRS dirigée par Nicolas Giuseppone, professeur à l'Université de Strasbourg, a fabriqué un gel polymère capable de se contracter grâce à l'action de moteurs moléculaires artificiels. Lorsqu'il est activé par la lumière, ces moteurs nanométriques tordent les chaînes polymères dans le gel, qui par conséquent se contracte de plusieurs centimètres. Un autre avantage est que le nouveau matériau est capable de stocker l'énergie lumineuse absorbée. Ce document est publié dans Nature Nanotechnologie du 19 janvier 2015.

En biologie, les moteurs moléculaires sont des assemblages protéiques très complexes qui peuvent produire du travail en consommant de l'énergie :ils participent à des fonctions biologiques fondamentales telles que la copie de l'ADN et la synthèse des protéines, et sous-tendent tous les processus de mouvement. Individuellement, ces moteurs ne fonctionnent que sur des distances de l'ordre du nanomètre. Cependant, lorsque des millions d'entre eux s'engagent, ils peuvent travailler de manière totalement coordonnée, et leur action peut avoir un effet à l'échelle macroscopique.

Les chimistes ont cherché pendant de nombreuses décennies à produire ce type de mouvement à l'aide de moteurs artificiels. Pour y parvenir, les chercheurs de l'Institut Charles Sadron ont remplacé les points de réticulation d'un gel, qui réticulent les chaînes polymères entre elles, en faisant tourner des moteurs moléculaires constitués de deux parties qui peuvent tourner l'une par rapport à l'autre lorsqu'elles sont alimentées en énergie. Pour la première fois, ils ont réussi à faire fonctionner les moteurs de manière coordonnée et continue, jusqu'à la macroéchelle :dès que les moteurs sont activés par la lumière, ils tordent les chaînes polymères dans le gel, ce qui le fait contracter.

Tout comme dans les systèmes vivants, les moteurs consomment de l'énergie pour produire un mouvement continu. Cependant, cette énergie lumineuse n'est pas totalement dissipée :elle est transformée en énergie mécanique par la torsion des chaînes polymères, et conservé dans le gel. Si le matériau est exposé à la lumière pendant une longue période, la quantité d'énergie contenue dans la contraction des chaînes polymères devient très élevée, et peut même déclencher une rupture brutale du gel. Les chercheurs de l'Institut Charles Sadron tentent donc aujourd'hui de tirer parti de ce nouveau mode de stockage de l'énergie lumineuse, et le réutiliser de manière contrôlée.