Chimie physique

Lauréats

Lauréats 2016

Céline Chizallet

Prix Jeune Chercheur 2016 de la DCP

Résumé :

Céline Chizallet (36 ans) est ingénieur-chercheur à IFP Energies nouvelles, au sein de la direction Catalyse et Séparation, où elle exerce ses activités de recherche dans le domaine de la modélisation, par calcul quantique ab initio, en physico-chimie des surfaces et ses applications en catalyse. Elle a soutenu sa thèse en 2006 à l’Université Pierre et Marie Curie (Paris 6), sous la direction de M. Che, G. Costentin et H. Lauron-Pernot (Laboratoire de Réactivité de Surface), en collaboration avec Philippe Sautet de l’ENS-Lyon.Ce travail a consisté en l’élucidation des propriétés basiques de surface de MgO, par une approche associant spectroscopies, test catalytiques et calculs quantiques ab initio. Dès lors, elle se consacre pleinement au calcul ab initio, tout d’abord dans la direction Chimie et Physico-Chimie Appliquée d’IFP Energies nouvelles à Rueil-Malmaison (de 2006 à 2007), dans l’équipe de H. Toulhoat et P. Raybaud, puis à partir de 2007 dans la direction Catalyse et Séparation à Solaize, près de Lyon. Ses travaux portent sur la rationalisation et la prédiction, à l’échelle atomique, de la structure et la réactivité de catalyseurs hétérogènes complexes d’intérêt pour l’industrie (zéolithes, silice-alumine amorphes, particules métalliques sub-nanométriques supportées notamment), avec des applications dans les domaines de l’énergie et de la chimie.Depuis 2014, elle est responsable d’un projet de recherche visant à l’élaboration de modèles cinétiques macroscopiquesà l’aide de calculs ab initio.Cette approche multi-échelle permet à la fois d’élucider des mécanismes réactionnels, par comparaison à l’expérience, et d’accéder à des outils robustes de prédiction de performances. Elle est co-auteure de plus de 50 publications, deux brevets et un chapitre d’ouvrage, et a donné une vingtaine de conférences sur invitation.

Emmanuel Flahaut

Prix Chercheur Confirmé

Résumé :

Emmanuel Flahaut (44 ans) a obtenu son doctorat en Science des Matériaux à l’Université de Toulouse en 1999. Après un post-doctorat en Angleterre (Pr Malcolm Green, Université d’Oxford) durant lequel il s’initie à la synthèse de nanocristaux confinés dans des nanotubes de carbone (NTC), il est recruté en tant que Chargé de Recherche au CNRS en 2001. Il est actuellement Directeur de Recherche au Centre Interuniversitaire de Recherche et d’Ingénierie des Matériaux à Toulouse, où ildéveloppe ses travaux dans le domaine des nanomatériaux carbonés (NTC et graphène et matériaux apparentés). Ses travaux s’étendent des matériaux nanocomposites aux applications biomédicales en passant par la nanoélectronique et l’énergie. Spécialiste de la synthèse des NTC (en particulier biparois), il s’intéresse aussi à leur fonctionnalisation afin de permettre leur dispersion mais aussi de les étudier à l’échelle individuelle - ou plus largement de leur conférer de nouvelles propriétés. En particulier, il étudie la cristallisation des nanomatériaux inorganiques dans la cavité interne des NTC et les modifications structurales induites ainsi que leur transformation chimique in situ afin de préparer des nanostructures originales qui n’existent le plus souvent pas sous la forme « bulk ». Soucieux d’un développement responsable de ses recherches, Il fait partie des pionniers des études de l’impact potentiel des nanoparticules carbonées sur la santé humaine et sur l’environnement. Cet engagement se traduit notamment par sa participation active en tant qu’expert à l’Agence Nationale de Sécurité Sanitairede l’Alimentation, de l’Environnement et du Travail (ANSES) pour les questions relatives aux nanoparticules (Comité d’Experts Spécialisé Agents Physiques, Groupes de Travail « Evaluation des Risques Sanitaires nano et »Nanomatériaux", mais aussi membre du Comité Scientifique du Programme de Recherche). Il est auteur de plus de 160 articles dans des revues internationales à comité de lecture.

Sophie Le Caër

Prix Jeune Chercheur 2016 de la DCP

Résumé :

Chargée de recherche au CNRS, Sophie Le Caër effectue ses travaux au sein du service Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l’Energie (NIMBE, UMR 3685, CNRS/CEA) à Saclay.
Ancienne élève de l’Ecole Normale Supérieure de Cachan, agrégée de chimie, elle s’est tout d’abord spécialisée dans la chimie organométallique en phase gazeuse. Elle a réalisé ses travaux de thèse au Laboratoire de Chimie Physique de l’Université de Paris Sud, centre d’Orsay, sous la direction d’Hélène Mestdagh. Juste après sa thèse, en 2003, elle effectue une reconversion thématique et rejoint l’équipe radiolyse (groupe de J.-C. Mialocq et de S. Pommeret) du Laboratoire Claude Fréjacques (URA 331 CNRS, Saclay) pour un séjour post-doctoral de deux années. Elle travaille alors sur la radiolyse de l’eau en milieu confiné, thématique de recherche fondamentale qui a des applications importantes dans le domaine de l’énergie nucléaire. Elle entre ensuite au CNRS en 2005 en qualité de chargée de recherche dans ce même laboratoire. Ses recherches sont d’abord centrées sur la réactivité, induite par les rayonnements ionisants, en milieu confiné. Elle s’intéresse alors à la caractérisation structurale et dynamique des effets de surface et de confinement sur les molécules d’eau, en utilisant la spectroscopie infrarouge comme outil de prédilection pour étudier ces effets, qu’elle soit statique ou dynamique (notamment à l’échelle de la femtoseconde). L’ensemble de ces travaux la conduit à développer un montage expérimental nouveau couplant électrons accélérés et spectroscopie infrarouge, afin d’étudier in situ l’évolution de systèmes, notamment organiques, sous l’action des rayonnements ionisants. Plus récemment, elle a montré que les outils de la chimie sous rayonnement permettaient d’accélérer de manière importante les réactions de dégradation dans les électrolytes des batteries Lithium-ion, et apportaient des informations complémentaires à celles obtenues lors des études d’électrolyse. Sophie Le Caër a à son actif plus de quarante publications, des conférences et séminaires invités, ainsi que de nombreuses communications orales.

Yaovi HOLADE

Prix de Thèse 2016 de la Division de Chimie Physique (DCP : SCF/SFP)

Résumé :

Les générateurs électrochimiques ayant la spécificité de convertir directement l’énergie chimique en énergie électrique au cours d’un processus nécessitant la présence synchrone d’un combustible et d’un comburant (pile à combustible) attisent l’intérêt de la communauté scientifique et politique.
Par ailleurs, un dispositif implantable tel qu’un stimulateur cardiaque (pacemaker) ou une pompe à insuline (patient diabétique) a besoin d’une grande autonomie énergétique pour éviter des opérations chirurgicales répétitives de remplacement. À l’heure actuelle, les piles au lithium qui les alimentent ne produisent pas l’énergie électrique par utilisation directe de substances présentes dans l’hôte et ont une durée de vie limitée. Or, en théorie, de la présence simultanée de sucre (dont se nourrissent les cellules vivantes) et d’oxygène (issu de la respiration) peut en résulter une réaction chimique convertible en électricité, offrant ainsi une réserve énergétique illimitée puisque les deux y sont présents, continûment. Ainsi, les piles à combustible fonctionnant en milieux physiologiques sont nées comme une alternative intéressante. Néanmoins, la performance optimale d’un tel système reste un défi majeur en (bio)électrocatalyse et en nanotechnologie.
C’est dans ce contexte que j’ai réalisé ma thèse de doctorat (plus de 15 articles dans des revues internationales à comité de lecture) pour améliorer les performances. Ainsi, une formulation judicieuse et minutieuse d’électrodes à base de métaux nanostructurés grâce à une approche expérimentale novatrice a permis d’atteindre une sélectivité et une stabilité inédites. Pour la première fois, des piles sans membrane séparatrice et faites d’électrodes à base desdits nano-objets ont été réalisées avec succès pour activer un stimulateur cardiaque et un système de transmission d’information en mode « Wifi », ce qui ouvrent une ère nouvelle pour l’alimentation des implants médicaux ou des appareils sans fil de détection et de surveillance.

Alain Walcarius

Prix du Chercheur Confirmé

Alain Walcarius (48 ans) a suivi une formation universitaire à Namur (Belgique) où il a obtenu un doctorat en sciences en 1994. Après deux stages post-doctoraux (USA et France), il est recruté en tant que Chargé de Recherche au CNRS en 1996. Il est actuellement Directeur de Recherche au laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour l’Environnement où il anime une équipe de Chimie et Electrochimie Analytiques, tout en ayant pris plusieurs responsabilités administratives tant au plan local (direction de laboratoire) que national (CNRS, ANR, SCF, …). Ses travaux portent sur l’étude des réactions de transfert de matière et de charge aux interfaces solide/solution. Ses activités se situent à la confluence triple de la chimie physique analytique des interfaces solide/liquide, l’électrochimie, et la chimie des matériaux poreux et/ou hybrides à base de silice. Cela s’articule principalement selon 3 axes complémentaires : (a) développements méthodologiques pour la caractérisation électrochimique de matériaux fonctionnels de nouvelle génération ; (b) exploitation des propriétés remarquables de certains d’entre eux pour l’élaboration de capteurs ou de (bio)réacteurs, ainsi que pour leur implication dans des procédés environnementaux ; (c) génération électrochimiquement assistée de matériaux sol-gel sous forme de films minces hybrides (bio)organo-minéraux ou de structures mésoporeuses organisées et orientées. Une originalité majeure de ces recherches est qu’elle permet d’étendre les approches traditionnelles de l’électrochimie au cas des systèmes et matériaux non conducteurs électroniques et/ou ne présentant pas d’activité redox, ouvrant de nouveaux champs d’application dans différents domaines.

Anne de Poulpiquet

Prix de thèse

Aurélien Bancaud et Hubert Ranchon

Prix d'instrumentation

Le prix récompense « microLAS », une nouvelle technologie fluidique pour la séparation et la concentration de l’ADN, fruit d’un travail en instrumentation microfluidique réalisé au sein du LAAS-CNRS (Toulouse).

Cette innovation est dédiée à la séparation et à l’enrichissement d’ADN à haute performance pour les biotechnologies et la biochimie analytique. Un nouveau mécanisme de séparation d’ADN fondé sur les actionnements croisés hydrodynamique et électrophorétique a été mis en évidence, qui ne requiert pas de matrice de séparation (hydrogel d’agarose par exemple). Cette innovation est plus performante que l’électrophorèse sur gel – technique reine en biologie moléculaire –, et est très compétitive par rapport aux outils récemment mis sur le marché pour l’analyse génomique à haut débit. Un mode de fonctionnement inédit a de plus été identifié dans lequel il est possible de réaliser simultanément les opérations de séparation et d’enrichissement d’ADN avec des facteurs de concentration de 1 000 par minute. Dans ce mode d’opération unique, il est possible d’analyser un échantillon très dilué en moins d’une minute.

Cette association d’outils analytiques ouvre des perspectives majeures pour automatiser et fiabiliser les opérations de base de la biochimie analytique. Brevetée au niveau international en 2014 et 2015 par le CNRS (WO/2014/020271 et PCT/EP2015/067826), la technologie a été transférée avec succès chez Picometrics Technologies (Labège), suite à un programme de maturation de Toulouse Tech Transfert en 2014, qui a démontré les performances et la robustesse de cet outil.

Légende figure : Le dispositif microLAS. DR.

François-Xavier Coudert

Prix Jeune Chercheur

Les travaux de recherche de François-Xavier Coudert s’inscrivent dans la problématique du comportement physico-chimique des matériaux et des interfaces fluide/solide. Il a obtenu son doctorat en 2007 à l’Université Paris-Sud pour des travaux sur la radiolyse de l’eau confinée dans des matériaux nanoporeux. Il mène ensuite ses recherches post-doctorales à University College London, où il travaille sur les matériaux hybrides organiques–inorganiques (metal–organic frameworks, ou MOF). Il rentre en 2008 comme chargé de recherche au CNRS et travaille actuellement à l’Institut de Recherche de Chimie Paris (CNRS / PSL Research University, Chimie ParisTech). Il y mène ses recherches sur les matériaux “intelligents” ou “adaptatifs”, qui répondent par des changements importants de structure et de propriétés à des stimulations externes, tant physiques que chimiques : adsorption de molécules extérieures, variations de température, comportement sous moyenne et haute pression, exposition à la lumière, etc.

Sur ces thématiques, l’activité de François-Xavier Coudert s’étend selon deux axes principaux. Tout d’abord le dévelopement de méthodes de modélisation moléculaire multi-échelles, un travail fondamental pour permettre de comprendre et prédire le comportement des matériaux et des fluides confinés. Et ce, en allant des détails de la structure électronique à la thermodynamique et dynamique des fluides, en utilisant un éventail de méthodes alliant la chimie quantique, la dynamique moléculaire, les méthodes Monte Carlo et les simulations mésoscopiques. Ces dévelopements méthodologiques sont utilisées dans le cadre d’un large réseau de collaborations nationales, internationales — notamment les groupes de Tony Cheetham à Cambridge et Andrew Goodwin à Oxford — mais également par des projets de recherche fondamentale menés avec plusieurs groupes de R&D, dont Air Liquide, Saint- Gobain et EDF.

Frédéric Kanoufi et Gilles Tessier

Les nanoparticules envahissent notre quotidien, dans la recherche comme dans l’industrie. Leur fort rapport surface/volume leur confère des propriétés inhabituelles, pilotées par la réactivité de leur surface. Leur petite taille leur confère aussi une grande mobilité. Ce sont ces deux aspects, réactivité de surface et mobilité de nanoparticules individuelles, que vise à étudier l’instrument développé conjointement par l’ITODYS (Université Paris Diderot) et le Laboratoire de Neurophotonique (Université Paris Descartes).

L’instrument propose la lecture d’évènements discrets chimiques de nanodomaines individuels en combinant (i) une localisation optique 3D, sensible et précise de nanoobjets, et (ii) une caractérisation/actuation électrochimique précise d’évènements physico-chimiques individuels. L’objectif est de fournir une description complète des réactions/interactions de nanodomaines ou nanoparticules individuels avec une interface.

Un microscope holographique est utilisé (voir figure 1) : le faisceau d’un laser monomode (l = 532 nm) est séparé en deux voies afin de produire un hologramme sur un capteur CCD (images 512 x 512, 1 pixel = 0,08 m, cadence = 40 Hz). La figure d’interférence obtenue porte ainsi une information sur l’amplitude et la phase de la lumière diffusée par les particules. La reconstruction numérique de la propagation de l’onde permet d’obtenir une image 3D de l’échantillon.

L’échantillon se compose d’une cellule microfluidique électrochimique transparente, munie d’une électrode plane transparente (ITO) ou semi-transparente (Au) et de canaux permettant d’introduire une solution colloïdale (nanoparticules de 5 à 50 nm de rayon). L’image 3D de l’échantillon reconstruite à partir d’un seul hologramme contient autant de taches qu’il y a de particules visibles (figure 2).

Un algorithme permet de localiser en 3D le barycentre de dizaines de taches de diffraction dans le volume optique reconstruit avec une précision de localisation de 3 x 3 x 10 nm3 (figure 3). Le calcul massivement parallélisé sur carte graphique est effectué en quelques dizaines de millisecondes.

Ce dispositif a mis en évidence par exemple les processus de transport et de réaction associés à la sollicitation électrochimique de nanoparticules d’argent individuelles. Sur les clichés de la figure 2, des nanoparticules d’argent s’adsorbent sur la surface d’électrode avant de disparaître une à une (dissolution par oxydation, Ag → Ag+ + e-). La dynamique de dissolution de nanoparticules individuelles est suivie optiquement. L’utilisation de microélectrodes microfabriquées permet d’obtenir un lien univoque entre observations optique et électrochimique à l’échelle de nanoparticules individuelles.

Les résultats obtenus sont tout à fait prometteurs quant à l’étendue des champs d’application de cette instrumentation pour la chimie, l’électrochimie, la biochimie ou biophysique de nanoobjets individuels.

Suivi nanométrique de nanoparticules réactives. 1. Schéma de fonctionnement du microscope holographique. 2. Zoom sur la cellule microfluidique électrochimique utilisée pour le suivi de l’adsorption/dissolution par oxydation de nanoparticules d’argent individuelles. 3. Exemple de volume optique reconstruit (trois nanoparticules dans 5 x 5 x 5 m3). Images 1 et 3 adaptées avec permission de Batchelor C. et al., Chem. Phys. Lett., 2014, 597, p. 20, © 2014 Elsevier, et image 2 adaptée avec permission de Patel A.N. et al., Nano Lett., 2015, 15, p. 6454, © 2015 American Chemical Society.

Guillaume Jeanmairet

Prix de thèse

Simon Chefdeville

Prix de thèse

Aziz Ghoufi
Boris Le Guennic

Prix jeune chercheur

Aziz Ghoufi , a obtenu son doctorat de chimie physique en 2006 à l’université Blaise Pascal (Clermont-Ferrand). Après deux années de post-doctorats à l’institut Français du Pétrole et à l’institut Gerhardt de Montpellier, il rejoint l’institut de Physique de Rennes en 2008. Son travail porte sur la modélisation des systèmes hétérogènes et de fluides sous confinement nanométrique. Ses activités de recherches s’articulent autours de deux axes : 1) le développement de méthodes théoriques et numériques originales permettant la modélisation multi-échelle de systèmes hétérogènes et le calcul quantitatif de propriétés macroscopiques (tension de surface, permittivité diélectrique…), 2) la compréhension des processus microscopiques contrôlant la physicochimie des systèmes hétérogènes tels que le confinement de fluides complexes (eau, liquide-ionique, cristaux liquide…) dans des matériaux nanoporeux (pore de silice, MOFs, nanotube de carbone, graphène, polymère…) ou bien encore les systèmes interfaciaux liquide-vapeur, liquide-solide & liquide-liquide. Depuis son doctorat en 2006 il est l’auteur de plus 80 articles.

Boris Le Guennic, a obtenu son doctorat de chimie théorique en 2002 à l’université de Rennes 1 avant de rejoindre successivement les groupes de Jochen Autschbach (université d’Erlangen, Allemagne puis université de Buffalo, Etats-Unis) et de Markus Reiher (université de Bonn, Allemagne) pendant 3 années. Depuis son entrée au CNRS en 2005, tout d’abord à l’ENS de Lyon et depuis 3 ans à l’Institut des Sciences Chimiques de Rennes, Boris Le Guennic poursuit des travaux de recherche centrés principalement sur l’utilisation de la chimie quantique à la compréhension des propriétés magnétiques et optiques de matériaux moléculaires. En particulier, tout en continuant ses travaux sur l’étude du phénomène de transition de spin, il s’est orienté récemment vers l’utilisation des méthodes ab initio corrélées basées sur la fonction d’onde à l’étude de l’échange magnétique et des paramètres d’anisotropie dans des composés magnétiques à base de métaux d et/ou métaux f. En parallèle, il s’intéresse au moyens de la théorie de la fonctionnelle de la densité et de sa composante dépendante du temps à la compréhension de la structure électronique de chromophores organiques et de complexes de lanthanide présentant une activité en optique linéaire et non linéaire. Il est co-auteur de plus de 90 articles dans des journaux internationaux de premier plan.

Céline Merlet
Sylvain Clède

Prix de thèse

Céline Merlet, a reçu le prix de thèse pour ses travaux sur le développement des systèmes de stockage d’énergie performants qui fait partie intégrante des recherches sur les énergies nouvelles. Parmi ces systèmes de stockage, les batteries et les supercondensateurs sont au premier plan.

Au sein des supercondensateurs carbone-carbone, l’énergie est stockée à l’interface électrode-électrolyte par adsorption réversible des ions. Bien que performants et permettant de développer de grandes puissances, les supercondensateurs présentent une densité d’énergie relativement faible, ce qui limite actuellement leur utilisation. L’augmentation de capacité observée récemment dans les carbones nanoporeux ouvre la voie vers de nouvelles optimisations des supercondensateurs.

Comprendre les mécanismes moléculaires à l’origine de cette super-capacité est une étape nécessaire à la rationalisation des performances observées et à l’amélioration des matériaux d’électrode. Les expériences permettant de sonder les propriétés du liquide au sein de la porosité sont encore rares et la dynamique moléculaire apparaît alors comme une méthode de choix pour étudier les mécanismes de stockage au sein de ces systèmes complexes. Les simulations effectuées au cours de cette thèse présentent certaines particularités comme l’utilisation d’un modèle gros grains pour décrire l’électrolyte, et la représentation réaliste des électrodes grâce à l’inclusion de la conduction électronique et à l’emploi d’une structure désordonnée proche des structures expérimentales.

La détermination de la structure du liquide à l’interface électrode-électrolyte a mis en évidence l’influence du confinement et l’origine de l’augmentation de capacité. Plus précisément, le confinement empêche la formation de couches ioniques successives, présentes dans le cas d’une électrode plane, qui ont tendance à réduire l’efficacité du stockage de charge. Les simulations moléculaires permettent également d’étudier les phénomènes de désolvatation au sein de la structure poreuse du carbone et de corréler l’efficacité du stockage de charge avec le degré de confinement des ions. La dynamique moléculaire fournit ainsi une interprétation microscopique aux observations macroscopiques réalisées sur les supercondensateurs.

Sylvain Clède, a reçu le prix de thèse pour ses travaux de recherche qui s’inscrivent dans la problématique générale de la détection en biologie.

Le monde vivant est constitué d’une grande diversité de biomolécules qui ont chacune leur réponse à un stimulus extérieur. « Voir » une molécule donnée dans cet environnement complexe suppose que l’on puisse la distinguer de toutes les biomolécules endogènes. Elle doit donc comporter une signature propre, permettant de l’identifier de façon univoque. Ma thèse a consisté en la mise au point et au développement de sondes présentant des signaux spectroscopiques en dehors de tout signal cellulaire, assurant leur détection explicite. Par greffage à des molécules d’intérêt, ces dernières deviennent détectables sans que leur action biologique intrinsèque ne soit modifiée.

Les métaux carbonyles, de par leurs propriétés vibrationnelle et de luminescence, sont des candidats idéaux pour réaliser une imagerie bimodale cellulaire. Le fil conducteur de ce travail a été la mise au point, l’étude et l’utilisation d’un cœur rhénium tris-carbonyle LRe(CO)3X (L = pyridyl-1,2,3-triazole et X = Cl-) dit SCoMPI pour « Single Core Multimodal Probe for Imaging », combinant les modalités infrarouge (IR) et de luminescence sur une structure moléculaire unique, stable en milieu biologique.

Des cartes IR et de luminescence ont été réalisées sur des cellules incubées avec un dérivé SCoMPI. Leur correspondance a démontré l’intégrité en milieu cellulaire et la pertinence en tant qu’agent bimodal d’une telle unité. Il était alors possible de l’envisager comme une plateforme de spectroscopie corrélative greffable. Une première application à la détection d’un dérivé œstrogénique a mis en évidence tout son potentiel pour le traçage de biomolécules. L’étude approfondie de l’influence de substituants du ligand L sur la pénétration cellulaire de sondes SCoMPI a permis de mieux comprendre les paramètres influant sur leur internalisation. Enfin, le suivi IR/luminescence en temps réel de cette pénétration a montré l’intérêt de ces objets pour l’imagerie de cellules vivantes. Ayant démontré leur utilité au niveau cellulaire, nous avons pu récemment appliquer les sondes SCoMPI à des problématiques de pénétration cutanée.

Parallèlement, nous avons confirmé qu’il est pertinent de considérer des rapports de bandes IR en vue de détecter des organites, sans recours à un marquage exogène. Grâce à ses nombreux atouts (faible énergie mise en jeu, pénétration accrue, signature propre à chaque fonction chimique), la spectroscopie IR est amenée à être davantage utilisée pour la résolution de problématiques biologiques.

Amélie Kochem

Prix de thèse

Amélie Kochem a reçu le prix de thèse 2013 pour ses travaux sur la synthèse et caractérisation de complexes de coordination contenant des ligands rédox-actifs.

Les radicaux organiques tiennent une place de choix dans de nombreux domaines et il est établi que ceux-ci peuvent exister coordinés à des centres métalliques dans les métalloenzymes. La Galactose Oxydase par exemple contient une entité cuivre(II)-radical phénoxyle indispensable à sa réactivité pour l’oxydation aérobie d’alcools en aldéhydes.

Ses travaux de thèse ont consisté en l’élaboration de complexes de métaux de transitions (cuivre, nickel, cobalt) à partir de ligands non-innocents dans une approche bio-inspirée.

Les caractérisations des espèces sous divers degrés d’oxydation ont été réalisées par différentes techniques complémentaires d’analyse (l’électrochimie, la RPE, l’UV-visible-proche-IR, la résonance raman ainsi que la diffraction des rayons X) combinées à des études de chimie théorique. Nous avons synthétisé des complexes Ni(II)-salen symétriques et dissymétriques et montré que l’espèce oxydée radicalaire pouvait acquérir un caractère localisé (composé de classe II) ou délocalisé (composé de classe III selon Robin-Day) en fonction des substituants phénoliques. Dans des complexes Cu(II)-salophen nous avons mis en évidence une activité redox centrée sur le pont, conduisant à des espèces Cu(II)-radicaux π diaminobenzène. Dans le cas des complexes de cobalt, les orbitales redox actives du métal et du ligand sont si proches en énergie que l’espèce oxydée est un hybride de résonance entre les formes Co(III)-phénolate et Co(II)-phénoxyle.

Elle a évalué l’influence du remplacement des oxygènes du salen par des azotes sur la structure électronique des espèces oxydées. Enfin, des complexes ont été mis au point à partir d’un ligand bis(phénol)-dipyrrine et les espèces oxydées radicalaires ont été caractérisées structuralement. Celles-ci possèdent un caractère mixte porphyrinyle-phénoxyle jamais mis en évidence au préalable.

Benoit Limoges et Damien Marchal

Prix d'instrumentation

Benoit Limoges et Damien Marchal

Université Paris Diderot/CNRS, Laboratoire d’Electrochimie Moléculaire
Conception et réalisation d’un instrument de PCR en temps réel avec détection électrochimique

Détecter, quantifier et analyser l’ADN d’une cible biologique (bactérie, virus, cellule, …) est un enjeu majeur dans de nombreux domaines des sciences du vivant.

Parmi les différentes méthodes de détection d’ADN, les techniques de PCR en temps réel, couplant amplification exponentielle d’acides nucléiques in vitro et détection par fluorescence, sont connues pour être les plus rapides (< 2h), sensibles (détection de quelques copies d’un ADN viral dans un échantillon biologique complexe), spécifiques (mise en évidence d’une mutation) et simples d’utilisation (une seule étape). Mais en raison de la mise en œuvre d’une détection optique par fluorescence (permettant ainsi de suivre in situ la réponse de marqueurs fluorescents), ces dispositifs analytiques souffrent d’un coût d’acquisition instrumental élevé, mais aussi d’une maintenance et utilisation onéreuse. Par ailleurs, de par leur conception, ils s’avèrent difficilement transportables.

Pour remédier à ces inconvénients, nous avons imaginé, conçu puis développé un dispositif (prototype) de PCR en temps réel reposant sur une détection électrochimique in situ. Le principe consiste à suivre, pendant l’amplification PCR de la séquence cible, la décroissance exponentielle de la réponse électrochimique d’une sonde redox libre capable de s’intercaler au fur et à mesure de l’amplification dans l’ADN double brin amplifié.

L’instrument se compose d’un thermocycleur avec un bloc de chauffe à effet Peltier, à plat, sur lequel vient se positionner une microplaque formée de 48 micro-puits électrochimiques indépendants (équipés chacun, sur leur fond plat, de trois électrodes sérigraphiées), le tout étant relié à une simple carte électronique (potentiostat) capable d’interroger (par multiplexage) le contenu de l’ensemble des 48 micro-puits à l’aide d’une technique de voltamétrie à vague carrée. Avec ce dispositif, il devient alors possible de suivre en temps réel et en parallèle jusqu’à 48 solutions PCR.

Avec ce premier développement, il a été possible de démontrer des performances analytiques (limite de détection : < 10 copies par puits ; dynamique de concentration > à 8 ordres de grandeurs) proches de celles obtenues avec des appareils commerciaux équipés d’une détection de fluorescence.

Le faible coût instrumental mais aussi le faible coût de fabrication des microplaques électrochimiques, ainsi que la possibilité de miniaturiser et d’intégrer le tout dans un appareillage robuste, de faible encombrement, ouvre des perspectives très prometteuses pour l’exploitation de cette nouvelle technologie dans de nombreux domaines nécessitant la détection rapide, sensible et spécifique d’ADN.

Fouzia Boulmedais
Benjamin Rotenberg

Prix jeune chercheur
Fouzia Boulmedais

Fouzia Boulmedais a été recrutée à l’institut Charles Sadron (CNRS, Strasbourg) en 2005.
Son activité de recherche s’est orientée vers la fonctionnalisation de surface par les polyélectrolytes (polymères chargés négativement ou positivement) aussi bien d’un point de vue fondamental qu’applicatif.

D’une part, elle s’est intéressée à l’influence du stimulus électrique sur les films multicouches. En effet, l’application d’un potentiel électrique induit un phénomène de gonflement/dégonflement de ces films en présence d’une sonde électrochimique.
Grâce à la chimie click électrocontrôlée, ils ont pu induire l’autoconstruction de film à partir de polyélectrolytes fonctionnalisés par des groupements azide et alcyne.
L’application d’un potentiel électrique donné permet de générer le catalyseur de réaction (cuivre I) induisant ainsi la réticulation des polyélectrolytes à la surface de l’électrode.

D’autre part en étroite collaboration avec l’unité Biomatériaux et Bioingénierie (INSERM UMR 1121, Strasbourg) et le laboratoire Biomatériaux et Inflammation en site osseux (E.A 4691, Reims), elle s’est ’intéressée également à l’application des films de polyélectrolytes dans le domaine des biomatériaux.
Ils ont pu développer des revêtements biocompatibles et biodégradables à base de polysaccharides afin de favoriser l’adhésion cellulaire ou au contraire la limiter. Par greffage d’un peptide antimicrobien sur l’un des polysaccharides ou par incorporation d’ions argent, le film permet de limiter les infections bactériennes au niveau des implants.

Benjamin Rotenberg

Après sa thèse à l’Université Pierre et Marie Curie, Benjamin Rotenberg a effectué un séjour post-doctoral dans l’équipe de Daan Frenkel à l’institut AMOLF (Amsterdam).
En 2008, il a rejoint le laboratoire LI2C, devenu PESCA en 2009 (UPMC), comme chargé de recherche CNRS.

Son travail porte sur la modélisation multi-échelle des systèmes chargés et ses applications à des matériaux d’intérêt industriel et environnemental dans le domaine de l’énergie.
Il s’intéresse en particulier aux milieux poreux chargés comme les argiles pour leur rôle dans le stockage des déchets nucléaires en couche géologique profonde et le stockage géologique du CO2, ainsi qu’aux carbones nanoporeux pour leur utilisation comme supercondensateurs.

La difficulté à appréhender ces systèmes vient de la complexité des interactions mises en jeu, depuis l’échelle moléculaire à celle du matériau : réactivité des sites de surface, solvatation des ions dans le bulk et à l’interface, mouillabilité, hydrodynamique en milieu nanoconfiné, effets électrocinétiques, ... Il s’agit d’une part de comprendre les mécanismes qui reflètent la spécificité chimique au niveau moléculaire, d’autre part d’introduire de façon appropriée leur effet dans les modèles aux plus grandes échelles, où se manifeste également la complexité structurale des matériaux et ses conséquences sur les propriétés macroscopiques.
Il travaille ainsi tant sur les simulations aux échelles moléculaires et mésoscopiques que sur le lien entre les différents niveaux de description.

Uli Schmidhammer

Prix d'instrumentation

Uli Schmidhammer

Laboratoire de Chimie Physique - UMR 8000, Université Paris-Sud, 91405 Orsay

Spectroscopie THz dans le Domaine Temporel par Détection Monocoup Ultrarapide

Situé entre l’infrarouge et les micro-ondes, le rayonnement électromagnétique Terahertz (1 THz=1012 Hz) combine les avantages de ces régions spectrales telles qu’une faible diffusion et une résolution spatiale submillimétrique.
De manière non-invasive, il peut pénétrer les matériaux diélectriques, même si ceux-ci sont opaques dans le visible ou l’infrarouge. La spectroscopie THz dans le domaine temporel (THz TDS) utilise des impulsions THz picosecondes dont le champ électromagnétique est reconstitué par interaction avec une impulsion optique femtoseconde point par point dans le domaine temporel.
En plus de l’amplitude de l’impulsion, cette approche donne accès au temps du vol, et par la transformation de Fourier aux spectres de l’amplitude et de la phase sur une large gamme spectrale.

Cette multitude d’information offre diverses applications par spectroscopie et imagerie 3D ainsi que leur couplage qui vont au-delà des investigations permises par les techniques alternatives. Cependant, l’inconvénient des méthodes conventionnelles réside dans la mesure répétitive, au moyen d’un translateur utilisé comme retard optique. La durée élevée de la mesure – typiquement sur l’échelle des secondes - rend le dispositif répétitif sensible aux perturbations de l’environnement.

Analyse THz d’un objet composite en chute libre en 200 ms
Défauts de collage révélés par imagerie THz. Les inclusions d’air et le décollement sont détectés.

Le spectromètre THz du Laboratoire de Chimie Physique (LCP) réduit le temps d’acquisition de plus de sept ordres de grandeur par rapport aux spectromètres les plus modernes sur le marché. Il utilise le spectre temporellement étiré d’un supercontinuum comme axe de temps sur lequel l’impulsion THz est inscrite par l’effet électro-optique. La détection équilibrée polychromatique des deux états de la polarisation du continuum permet une sensibilité comparable aux dispositifs répétitifs.

La mesure s’effectue à haute cadence (1kHz) et avec une extrême stabilité sans utiliser d’éléments mobiles. Initialement conçu pour la caractérisation des impulsions d’électrons, la technologie du détecteur monocoup brevetée (WO2009106728 A1, V. De Waele, U. Schmidhammer, UMR8000) permet maintenant d’exploiter le potentiel du THz TDS pour suivre des processus rapides ainsi que des objets transitoires, également en milieu industriel.

Le spectromètre THz ultrarapide est mis à disposition par la nouvelle plateforme du LCP, réalisée avec l’assistance de Pierre Jeunesse.

Aude Bouchet
Guillaume Stirnemann

Prix de thèse

Aude Bouchet

Le prix de thèse 2012 a été remis à Aude Bouchet pour ce sujet
Étude des propriétés chiroptiques de cryptophanes hydrosolubles lors de l’encapsulation de molécules invitées

Les cryptophanes constituent une famille de molécules chirales qui comportent une cavité dans laquelle elles peuvent accueillir des espèces invitées de taille et de nature variables (halogénométhanes, xénon, cations). La chiralité de ces systèmes a été utilisée pour étudier les propriétés d’encapsulation présentées par trois cryptophanes solubles dans l’eau, au moyen de techniques chiroptiques : la polarimétrie, le dichroïsme circulaire électronique (ECD) et le dichroïsme circulaire vibrationnel (VCD), cette dernière technique étant associée à des calculs de chimie théorique. Différents paramètres, tels que le pH de la solution et la nature des contre-ions présents dans la solution, ont un rôle important sur la complexation de molécules invitées par ces cages moléculaires. L’encapsulation induit de plus des modifications conformationnelles sur les cryptophanes : en modifiant la conformation de leurs chaînes latérales, ces molécules hôtes adaptent le volume de leur cavité à l’espèce invitée qu’elles hébergent. D’autre part, les cryptophanes hydrosolubles énantiopurs ont révélé des propriétés d’énantiodiscrimination vis-à-vis de petites molécules invitées chirales. Cette reconnaissance chirale varie selon la nature des groupements attachés sur les cycles aromatiques de la cage. Enfin, les cryptophanes ont montré une affinité exceptionnelle pour le cation césium Cs+ en solution aqueuse. Les résultats concernant l’énantiodiscrimination et la complexation du césium par les cryptophanes hydrosolubles font de ces systèmes des composés très prometteurs pour différentes applications. La détection du césium radioactif (137Cs) est en effet un enjeu important en chimie de l’environnement : disposer de senseurs ayant une très forte affinité pour ces cations, tout en étant également très sélectifs, peut se révéler très utile. D’autre part, l’énantiosélectivité des cryptophanes peut être exploitée pour l’élaboration de nouvelles phases stationnaires en chromatographie chirale.

Guillaume Stirnemann

Le prix de thèse 2012 a été remis à Guillaume Stirnemann pour ce sujet
Dynamique de l’eau et des liaisons hydrogènes en solution : du bulk aux environnements biomoléculaires

Qui soupçonnerait en contemplant un verre d’eau que sous sa surface paisible se déchaine une véritable tempête microscopique au cours de laquelle les liaisons entre une molécule d’eau et ses voisines se font et se défont à l’échelle du millième de milliardième de seconde ? Et sachant que l’eau est rarement présente à l’état de corps pur, a fortiori en chimie et en biologie, comment ce ballet incessant est-il affecté par la présence de solutés très variés ?

Au cours de sa thèse, il a étudié des aspects clés de la dynamique de réorientation de l’eau à l’aide de simulations numériques et de modèles analytiques, en forte connexion avec les résultats expérimentaux.
Ce travail porte essentiellement sur le mécanisme moléculaire de la réorientation, qui implique des sauts angulaires de grande amplitude permettant l’échange de partenaires de liaisons hydrogènes. Ainsi, dans le cas du bulk, il a pu éclaircir quelques aspects fondamentaux de la dépendance en température de la réorientation, et a proposé une interprétation de résultats expérimentaux récents de spectroscopie non linéaire.

Par ailleurs, il a rationalisé l’effet de solutés très variés, comme des hydrophobes, des amphiphiles, et des surfaces étendues, sur la dynamique de l’eau. Il a montré que la réorientation de l’eau n’est que faiblement ralentie par la présence de groupes hydrophobes, alors que les groupes hydrophiles peuvent avoir un effet bien plus important sur la dynamique. Ceci forme donc un cadre unique pour comprendre ultérieurement la dynamique de l’eau dans des systèmes plus complexes, en particulier les milieux biologiques.

La thèse a été effectuée sous la direction de Damien Laage au Département de Chimie de l’École Normale Supérieure (Paris), UMR 8640 ENS-CNRS-UPMC.

Damien Laage
Olivier Sandre (prix jeune chercheur)

Damien Laage

Damien Laage est un chimiste théoricien qui s’intéresse à la réactivité et à la spectroscopie en solution et dans les milieux biochimiques.

Après sa thèse à l’Ecole Normale Supérieure et à l’Université du Colorado à Boulder sous la direction de Casey Hynes et Monique Martin, il a effectué un séjour post-doctoral dans l’équipe de Michele Parrinello (ETH Zürich) et a rejoint le Département de Chimie de l’Ecole Normale Supérieure comme Chargé de Recherche CNRS en 2002.

Les travaux de Damien Laage portent en particulier sur le rôle critique joué par le solvant dans la détermination des mécanismes d’actes élémentaires et de leur cinétique. Après s’être intéressé au rôle de solvants polaires dans des réactions de transfert d’électron et de proton, Damien Laage a étudié la dynamique des liaisons hydrogènes dans l’eau. Les réarrangements du réseau de liaisons hydrogènes de l’eau jouent un rôle majeur dans une très large gamme de processus en solution, tels que le transport des ions ou le repliement des protéines, mais aussi dans de nombreuses réactions chimiques. Damien Laage a participé à élucider le mécanisme moléculaire gouvernant la réorientation de l’eau et l’échange de liaisons hydrogènes, les facteurs déterminant leur cinétique, et la façon dont ce mécanisme change en présence d’une large gamme de solutés, hydrophobes ou hydrophiles, petits ou étendus, y compris jusqu’à des solutés très complexes comme des protéines.

Son travail s’intéresse désormais au rôle si particulier joué par l’eau dans le fonctionnement du vivant. En particulier, Damien Laage cherche à comprendre à l’échelle moléculaire l’action de l’eau dans la catalyse enzymatique. Au-delà de leur intérêt fondamental, ces études auront également des retombées pratiques. Pour les nombreux processus industriels catalysés par des enzymes en l’absence d’eau, ce travail devrait guider l’optimisation de l’activité catalytique.

Olivier Sandre

Après sa thèse en 2000 sur l’étude dynamique des pores dans les liposomes géants à l’Institut Curie et un post-doc au MRL-Santa Barbara en Californie sur l’étude de microtubules protéiques, Olivier Sandre a été recruté au CNRS pour développer des matériaux nano-structurés à base de nanoparticules magnétiques, au sein du laboratoire LI2C de l’université Pierre et Marie Curie, devenu PECSA en 2009.

Ces nanomatériaux ont été de différentes natures (polymères, lipides, cristaux liquides…), de tailles et de formes variées (matrices macroscopiques, films minces, objets dispersés…), mais dans tous les cas l’objectif était de moduler leurs propriétés par des paramètres extérieurs tels que la température ou l’application d’un champ magnétique. Comme exemples de tels systèmes ayant pu être dopés par des nanoparticules magnétiques, on peut citer : les hydrogels chimiques (pour certains thermosensibles), les vésicules de copolymères à blocs amphiphiles ou polymersomes (avec Sébastien Lecommandoux), les coacervats avec des copolymères diblocs double-hydrophiles (avec Jérôme Fresnais et Jean-François Berret) ou les films lamellaires de copolymères diblocs (avec Maud Save et Bernadette Charleux).

De par sa double formation, en tant qu’ingénieur ESPCI, en physique et en chimie, Olivier Sandre s’est intéressé à la fois à la synthèse des matériaux, à leur mise en forme avec des outils nouveaux tels que la microfluidique, et à l’étude et l’optimisation de leurs propriétés, en privilégiant les approches de type lois d’échelle. Ayant rejoint le LCPO à Bordeaux en 2010 dans l’équipe « polymer nanotechnology for life sciences », il s’intéresse désormais plus particulièrement aux applications médicales des particules magnétiques comme agents de contraste en IRM et aux mécanismes de libération contrôlée d’actifs thérapeutiques par des polymersomes magnétiques biocompatibles.

Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (UMR5629 CNRS-Université de Bordeaux), Pessac
« Nanoparticules magnétiques et structures auto-assemblées avec (ou sans) polymères »

Jérome Polesel

Prix instrumentation

Ce prix est destiné à mettre en avant les innovations en instrumentation qui apportent des réelles avancées dans le domaine de la Chimie-Physique. Il nous est apparu que le domaine de l’instrumentation, pourtant primordial pour les applications, était en régression et surtout mal valorisé en France. Ce prix a donc pour but de contribuer à la revalorisation de l’instrumentation et à encourager son développement.

Le jury, constitué de professionnels de l’industrie et de la recherche, décerne le prix 2012 à :
Jérome Polesel
CEA Saclay, DSM-IRAMIS

Une nouvelle approche pour scruter la protéine : nanosonde de force à capteur intégré piezoélectrique

Suite (pdf - 282.4 ko)

D. Schaming et M. Jeffroy (prix de thèse)

D. Schaming et M. Jeffroy (Paris Sud 11)

Jean-Michel André
Karine Le Guen
Philippe Jonnard

Prix instrumentation

Ce prix est destiné à mettre en avant les innovations en instrumentation qui apportent des réelles avancées dans le domaine de la Chimie-Physique. Il nous est apparu que le domaine de l’instrumentation, pourtant primordial pour les applications, était en régression et surtout mal valorisé en France. Ce prix a donc pour but de contribuer à la revalorisation de l’instrumentation et à encourager son développement.

Le jury, constitué de professionnels de l’industrie et de la recherche, décerne le prix 2011 à :

Jean-Michel André, Karine Le Guen, Philippe Jonnard
Équipe « Interfaces, Multimatériaux, Sources et Optique X »
Laboratoire de Chimie Physique-Matière et Rayonnement
UMR 7614 CNRS-Université Pierre et Marie Curie

Nouveau monochromateur pour la spectrométrie du rayonnement X

suite

L. Poisson

Prix jeune chercheur

L. Poisson, CEA-CNRS, Saclay

Christophe Pecheyran

Prix d'instrumentation

Ce prix a été remis le 3 juin 2010 sur le stand de Mesurexpo à Christophe Pecheyran*pour son travail sur le développement et applications de l’ablation laser en régime femtoseconde, haute cadence de tir (10 kHz) et balayage rapide du faisceau pour l’analyse directe des éléments traces par spectrométrie ICPMS.

L’analyse des éléments traces dans les solides est une préoccupation grandissante dans de nombreux secteurs industriels et de l’environnement. En réponse à cette pression, l’ablation laser couplée à une détection par spectrométrie de masse à plasma induit (AL/ICP-MS) se positionne comme un outil de choix de par les nombreux avantages qu’elle présente : analyse directe, grande sensibilité, résolution spatiale à l’échelle micrométrique. Cependant, les lasers utilisés à ces fins délivrent des impulsions nanosecondes suffisamment longues pour générer des effets thermiques dans l’échantillon. Ceci se traduit par une évaporation sélective des éléments et la formation de grosses particules difficilement atomisables dans le plasma ICP altérant ainsi la justesse des analyses.

En intégrant une source laser à impulsions brèves (femtoseconde) et à haute cadence de tir (Amplitude Systèmes/Novalase Sa) associée à un scanner galvanométrique 2D, nous avons pu proposer une approche différente. En premier lieu, la durée d’impulsion très courte permet de limiter considérablement les effets thermiques améliorant ainsi la justesse d’analyse. Par ailleurs la cadence de tir portée à 10000 Hz (contre 10-20 Hz avec les sources conventionnelles) combinée au balayage rapide du faisceau à la surface de l’échantillon est un aspect fondamental du concept car il permet par exemple d’augmenter la sensibilité du couplage LA/ICPMS (en concentrant temporellement le volume d’échantillon introduit dans le spectromètre), de mettre en œuvre une quantification par dilution isotopique directement dans la cellule d’ablation ou d’ablater les échantillons selon des trajectoires complexes en 2 dimensions. Cette technique a d’ores et déjà été mise à profit pour la détection en ultra traces de metalloproteines, la lutte contre la prolifération nucléaire, la détermination de traceurs inorganiques dans des huiles brutes et kérogènes, la datation de l’expulsion des huiles dans des réservoirs pétroliers, l’étude de la migration des poissons.

*Laboratoire de Chimie Analytique Bio Inorganique et Environnement/IPREM UMR 5254, Université de Pau et des Pays de l’Adour, CNRS, 64053 Pau

Frédéric Biscay
Ali Abou-Hassan (prix de thèse)

Cette année le prix de thèse a été attribué à Frédéric Biscay   et à Ali-Abou-Hassan  

Les lauréats recevront leurs prix à Autrans lors de 11e journée francophones des jeunes physico chimistes, à l’issue de leurs conférences.

PDF - 25.7 ko
Frédéric Biscay CV et résumé

et

PDF - 57.6 ko
Ali Abou-Hassan CV et résumé

Marc Baaden

Prix jeune chercheur

Cette année le prix jeune chercheur a été attribué à Marc Baaden  
Le lauréat recevra son prix à Autrans lors de 11e journée francophones des jeunes physico chimistes, à l’issue de sa conférence.

PDF - 33.2 ko
M. Baaden-Résumé

Alexandre Dazzi

Prix d'instrumentation

Lise-Marie Lacroix

Prix de thèse

Rodolphe Clérac

Emmanuel Maisonhaute

Prix d'instrumentation

Florent Calvo

Radovan Bast et Yann Leroux

Prix de thèse

Carole Duboc

Eric Le Moal

Prix de thèse

Michel Jouan

Prix d'instrumentation

Jalal Ghilaine
Aurélie Perrier (prix de thèse)

Marc Robert

Daniel Alcot

Prix de thèse

Franck Artzner

Dario Bassani

Eméric Bourasseau
Jean-Baptiste Salmon (prix de thèse)

Fabien Ferrage et Guillaume Poulet (prix de thèse)

Philippe Poulin

Rachel Schurhammer

Prix de thèse

Rolland Pellenq
Anne Zehnacker-Reutien

Günter Reiter

Prix jeune chercheur

Thierry Buffeteau

Valérie Vallet

Prix de thèse

Isabelle Texier

Prix de thèse

Richard Taieb

Christophe Chipot

Prix de thèse

Eric levillain

Sylvain Dubois

Prix de thèse

François Guillaume

Sophie Lecomte

Prix de thèse

Michelle Blanchard-Desce

Jean-Bruno Brzoska

Philippe Walter

Marc Schwaller

Serge Palacin

Jian-Seng Sun

J.-M. Di Meglio

Isabelle Ledoux

C. Joachim

Bertrand Guillot

Marie-Geneviève Barthes-Labrousse

Thomas Zemb

P. Terech

Déjà membre de la SCF ?

J'adhère