Présentation

L’Institut de Chimie du Collège de France est le regroupement de 3 chaires de Professeurs et de 3 laboratoires associés localisés sur le site Marcelin Berthelot. Il s’agit d’une part de la chaire « Chimie des Processus Biologiques », occupée par le Professeur Marc Fontecave qui dirige le laboratoire de Chimie des Processus Biologiques, une Unité Mixte de Recherches (UMR 8229 Collège de France-CNRS-Université P. et M. Curie). Jean Marie Tarascon, titulaire de la chaire « Chimie du Solide-Energie », dirige le laboratoire de Chimie du Solide et Energie (FRE 3677 Collège de France-CNRS-Université P. et M. Curie). Enfin Clément Sanchez, titulaire de la chaire « Chimie des Matériaux Hybrides » anime une équipe de recherches au sein du laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris (UMR 7574 Collège de France-CNRS-Université P. et M. Curie).

À travers cet institut, le Collège de France a l’ambition de porter un pôle de recherche d’excellence en chimie, s’appuyant sur une complémentarité des 3 chaires/laboratoires. En s’appuyant sur une importante activité de synthèse et d’élaboration de molécules, macromolécules et matériaux originaux ainsi que sur des compétences dans leur caractérisation à l’aide des outils modernes de l’analyse chimique, l’Institut de Chimie souhaite plus particulièrement se positionner de façon stratégique dans les domaines de la catalyse, de la biocatalyse, et des nouvelles technologies de l’énergie, en partant de la recherche fondamentale pour aller jusqu’aux applications. Plus particulièrement, l’objectif est de mettre au point des systèmes moléculaires et bioinspirés, des systèmes enzymatiques et des (nano)matériaux inorganiques et hybrides doués de propriétés catalytiques, photocatalytiques et électrocatalytiques, suffisamment performants pour être développés dans le contexte de nouveaux dispositifs technologiques (piles, batteries, électrolyseurs et photoélectrolyseurs). Des collaborations avec les équipes du Centre Interdisciplinaire de Recherches en Biologie (CIRB) et celles de l’Institut de Physique, localisées sur le même site Marcelin Berthelot, permettent le développement de projets de chimie aux interfaces avec la biologie et la physique.

Le Collège de France s’inscrit dans l’effort de structuration et de soutien de la chimie mis en œuvre par Paris Sciences et Lettres (PSL), avec le Département de chimie de l’ENS, les laboratoires de chimie de l’Institut Curie, et les prestigieuses écoles d’ingénieurs, ESPCI et Chimie Paris Tech. Enfin l’Institut de Chimie du Collège de France est également associé à la politique de recherche de l’Université P. et M. Curie, à travers ses unités mixtes. Cette diversité et cette richesse permettent d’envisager au centre de Paris un développement exceptionnel de la chimie à la fois dans le domaine de la recherche fondamentale et dans celui de l’ingénierie. Cette double orientation peut avoir un impact original sur la formation des jeunes chimistes (masters, doctorants, ingénieurs) ainsi que sur les relations avec le secteur industriel, permettant une politique d’innovation et de valorisation active.

À l’interface de la chimie et de la biologie, le laboratoire de M. Fontecave s’intéresse aux systèmes enzymatiques complexes présents dans les organismes vivants et participant à des réactions métaboliques ou biosynthétiques, biosynthèse de cofacteurs organiques et inorganiques essentiels, biosynthèse de l’hydrogène, modification sélective d’acides nucléiques, pour en comprendre les mécanismes et la structure. La caractérisation structurale de ces assemblages biomoléculaires est au cœur de l’activité du laboratoire. Il dispose, pour ce faire, d’une plate-forme unique de cristallographie des protéines localisée sur le site du Collège de France. Ces systèmes sont aussi étudiés du point de vue de leurs applications potentielles : cibles thérapeutiques ou biocatalyseurs, dans ce dernier cas notamment dans des dispositifs de conversion d’énergie. Dans le même temps, il développe des approches originales de chimie bioinspirée, visant à mimer chimiquement les sites actifs des enzymes et métalloenzymes d’intérêt. Sur la base de ce concept, il est possible par exemple de développer des systèmes de « photosynthèse artificielle » capables d’utiliser l’énergie solaire pour convertir l’eau en hydrogène ou le dioxyde de carbone en carburants, permettant le stockage des énergies renouvelables intermittentes sous la forme d’énergie chimique.

La chimie du solide joue un rôle majeur dans les développements de l’industrie chimique. Aujourd’hui les nouveaux matériaux solides doivent être plus sophistiqués, miniaturisés, robustes, recyclables, respectueux de l’environnement, économes en énergie, peu coûteux. J. M. Tarascon représente ce domaine, plus particulièrement à travers ses recherches innovantes concernant le stockage de l’énergie. Son laboratoire élabore, sur le base de mécanismes réactionnels récemment mis à jour, de nouveaux matériaux peu coûteux et efficaces pour la mise au point d’électrodes originales à utiliser dans des batteries de véhicules électriques. Par souci d’éco-compatibilité il s’intéresse également à des technologies alternatives telles que les batteries sodium-ion voire métal-air ainsi qu’aux matériaux organiques issus de la biomasse (sucres, acides organiques) pour la conception électrodes renouvelables « vertes ». Enfin le groupe parie sur l’établissement d’une synergie matériaux d’électrode-électrocatalyseurs pour développer des matériaux à valeur ajoutée pour l’électrolyse de l’eau basés sur de nouveaux principes réactionnels.

C. Sanchez est un spécialiste de la chimie des matériaux inorganiques et hybrides. Son laboratoire développe des méthodes de synthèse nouvelles qui permettent d’accéder à des matériaux hybrides et des nanomatériaux originaux permettant de répondre aux grands défis sociétaux. Les méthodes de la chimie douce sont plus particulièrement exploitées ; à partir de précurseurs moléculaires y compris d’origine biologique elles permettent un contrôle de la structure cristalline, de l’homogénéité, de la taille, de la porosité, de la morphologie des matériaux résultants. Cette chimie bio-inspirée implique des conditions de température, de pression et de solvants qui autorisent l’incorporation de molécules organiques ou biologiques afin de créer des matériaux fonctionnels multi-échelles. Cette recherche nécessite de multiples compétences en caractérisation de matériaux : RMN du solide, diffraction et diffusion des rayons X, microscopies diverses, utilisation du rayonnement synchrotron pour des études operando, analyse et modélisation des interfaces. Les projets du laboratoire s’inscrivent dans des perspectives de développements technologiques et d’applications dans les domaines de l’énergie (matériaux pour la catalyse et la photocatalyse, photoélectrodes, piles à combustibles…) et de la santé (imagerie, vecteurs de principes actifs et pour la théranostique, biomatériaux).