Résumé
La recherche de nouveaux matériaux est intimement liée au développement de techniques de synthèse en chimie du solide. Aujourd’hui, la diversité de ces méthodes permet d’aborder des gammes de conditions physico-chimiques larges. Celles-ci recouvrent aussi bien les hautes températures avec les voies céramiques, que les conditions de la chimie douce à basse température dans l’eau, les réactions en phase vapeur ou encore sous très hautes pressions. Néanmoins, beaucoup de ces procédés de synthèse sont énergivores et impliquent l’utilisation de volumes importants de produits organiques, donc un impact environnemental potentiellement élevé. S’inspirer de la nature semble dès lors une approche fructueuse pour développer de nouvelles méthodes de synthèse. Rechercher des voies alternatives de synthèse est aussi un moyen d’explorer de nouveaux chemins réactionnels et donc de nouveaux matériaux. Cette démarche est aujourd’hui bien illustrée par le développement des matériaux bioinspirés. D’autres phénomènes naturels n’impliquent pas directement le monde du vivant et peuvent servir de modèle. En particulier, il est possible de s’inspirer de nombreux processus géologiques, et ainsi de développer une chimie géoinspirée des matériaux, appliquée au développement de gammes variées de matériaux, mais aussi de nanomatériaux aux propriétés diverses. La Terre apparaît alors comme un formidable laboratoire de chimie proposant des conditions de synthèse très variées.
Après avoir défini le cadre de la chimie géoinspirée pour la synthèse de matériaux, nous avons montré à travers plusieurs cas d’école comment s’appuyer sur des processus géologiques pour fournir de nouvelles voies de synthèse, ou modifier des voies déjà bien connues : l’enjeu était d’apporter des solutions à des questions spécifiques de la chimie des solides et des matériaux. Nous avons en premier lieu abordé le problème de la conception de nouveaux oxydes métastables, en couplant la chimie douce dans l’eau et l’énergie de surface de nano-objets. Nous avons ensuite montré comment utiliser des sels fondus, inspirés des conditions de cristallogénèse des rubis, pour la synthèse sélective d’oxydes de métaux de transition comme électrocatalyseurs de la réduction du dioxygène. Nous avons alors parlé de l’utilisation des sels fondus pour l’élaboration de matériaux non oxydes nanostructurés (borures, siliciures), notamment pour l’électrocatalyse de l’oxydation de l’eau. Nous avons en particulier montré comment coupler la réactivité des sels fondus et des nanomatériaux pour développer de nouveaux catalyseurs et de nouveaux composés de façon générale. Pour finir, nous avons abordé le domaine des procédés hautes pressions couplés aux nanomatériaux pour l’élaboration de matériaux superdurs.
