Lumière sur les moteurs moléculaires : des matériaux amorphes qui s’auto-organisent

Dr. Anastasia Christoulaki et Prof. Eric Buhler du laboratoire MSC ont participé aux travaux menés par  les professeurs Nicolas Giuseppone, Institut Charles Sadron (ICS, CNRS), et Jean-Marie Lehn, Institut de Science et d’ingénierie supramoléculaires (ISIS, CNRS/Unistra), mettant en évidence un phénomène inédit : en activant des moteurs moléculaires à l’aide de la lumière, il est possible de transformer une matière amorphe, sans forme ni fonction, en une matière structurée à l’échelle du nanomètre. Une découverte qui ouvre la voie à une nouvelle génération de matériaux, capables de s’auto-organiser, de s’auto-réparer et de s’adapter à la demande. Ces résultats ont été publiés le 23 mai 2025 dans la revue Nature Nanotechnology.

Les moteurs moléculaires peuvent agir sur leur environnement grâce à leur capacité unique à générer des mouvements autonomes non réciproques à l’échelle nanométrique. Bien que leurs principes de fonctionnement soient désormais compris, les moteurs moléculaires artificiels n’ont pas encore démontré leur capacité générale à conférer de nouvelles propriétés aux systèmes et matériaux (supra)moléculaires. Les chercheurs ont montré que les moteurs moléculaires amphiphiles actionnés par la lumière peuvent s’adsorber sur une interface air-eau et former des monocouches de Langmuir lorsqu’ils sont comprimés. Sous l’effet d’un rayonnement ultraviolet, les isothermes de pression superficielle de ces films révèlent un changement radical vers une surface moléculaire plus petite, conséquence de l’activation du moteur. Ce phénomène contre-intuitif est dû à la polymérisation supramoléculaire induite par la rotation des moteurs amphiphiles via un processus de recuit non thermique permettant d’échapper à un état amorphe piégé cinétiquement. L’effet est limité par le couple maximal que le moteur moléculaire peut fournir (~10 pN nm) et conduit à la formation de motifs hautement organisés. Cette découverte fortuite met en évidence les possibilités offertes par les moteurs moléculaires pour contrôler la polymérisation supramoléculaire dans la conception de matériaux innovants.