Les champs d’applications du GdR PES :
– Dans le domaine de l’énergie, l’utilisation de l’électrochimie pour la production d’électricité via la pile à combustible et de la photochimie dans les cellules photovoltaïques a conduit récemment la communauté scientifique à imaginer des solutions où les deux approches deviennent complémentaires l’une de l’autre : on peut ainsi utiliser l’énergie produite par la cellule photovoltaïque pour abaisser le coût électrique de la production d’hydrogène nécessaire à l’approvisionnement de la pile à combustible, ou encore utiliser l’activation lumineuse pour induire un transfert d’électron photoinduit qui sera mis à profit dans une réaction électrocatalytique couplée.
– Sur les problématiques biologiques, la complémentarité des stimuli électrochimique et photochimique a déjà fait ses preuves pour caractériser les molécules produites lorsqu’une cellule est soumise à un stress oxydant. Dans ce cas, la détection par fluorescence permet la localisation de l’événement biochimique et les seuils en termes de quantité de molécules détectées peuvent être extrêmement bas. La détection par électrochimie de ces mêmes molécules permet leur identification via leur potentiel redox. De récents travaux sur le suivi de l’exocytose à l’échelle de la cellule unique ont démontré tout l’intérêt de cette double détection résultant d’un couplage photochimie (fluorescence)-électrochimie.
– L’obtention et l’optimisation de phénomènes optiques variés induits par électrochimie, tels que l’électro-chimiluminescence par exemple, avec des applications en biologie ou en imagerie, sont des domaines pour lesquels les savoir-faire conjoints des électrochimistes et des photochimistes sont
nécessaires.
– Le cas des matériaux « intelligents », capables de produire des réponses complexes, de coder et stocker l’information (mémoires) ou d’accomplir plusieurs fonctions, rassemblant des entités multi-activables (notamment par des photons et électrons) et donnant lieu à des réponses multi composantes (optiques, électriques, magnétiques) représente un champ de recherche encore peu exploré qui bénéficierait d’une interaction accrue entre photochimistes (photophysiciens) et électrochimistes.
– Les applications en chimie sont importantes, notamment à travers la catalyse photocontrôlée, pour laquelle un stimulus photophysique ou électrochimique permet d’activer ou de désactiver la réactivité
d’unités catalytiques, permettant de réguler à souhait la production issue d’une réaction chimique. La compréhension mécanistique et cinétique des photocatalyseurs, pour lesquels les processus de photoexcitation, de transfert d’électron et de transformation chimique sont intimement liés, représente également un enjeu de taille.
Enfin, les systèmes supramoléculaires, les polymères, les surfaces fonctionnelles, les nanosystèmes hybrides ou les matériaux solides massifs, possédant des propriétés optiques photo- et/ou électrostimulables, peuvent montrer des effets coopératifs et synergiques extrêmement prometteurs. Par exemple, la stimulation peut produire un « effet domino » conduisant à une amplification considérable du signal : un infime stimulus génère alors des effets très importants, avec des applications pour la détection ultra-sensible d’espèces chimiques, l’imagerie super-résolution, ou l’électronique organique.
Objectifs du GdR PES
La photochimie et l’électrochimie présentent des analogies conceptuelles fortes : elles sont capables de déclencher des réactions chimiques, d’induire des modifications structurales importantes mais aussi d’être utilisées comme techniques d’analyse non destructives, avec une résolution temporelle basée sur l’utilisation d’impulsions courtes voire ultracourtes. En tant que telles, elles constituent donc une manière de stimuler des molécules, des assemblages supramoléculaires ou des matériaux pour les faire changer d’état (commutation) ou pour induire un autre phénomène par un processus en cascade (réaction chimique, transfert d’électron photoinduit…). Au-delà de cette “parenté” conceptuelle, chacune de ces techniques présente aussi ses avantages propres : pour la photochimie, l’adressage se fait à distance (sans fil) et peut utiliser une énergie immédiatement disponible et gratuite (la lumière ambiante, solaire…) pour activer un processus. Pour l’électrochimie, l’électrode sert à la fois pour la stimulation (via le potentiel par exemple) et la détection (via le courant par exemple) et permet une activation localisée sans accessoires supplémentaires. Il apparait dès lors qu’une synergie entre les stimuli photo- et électrochimique peut facilement conduire à des avancées notables dans la compréhension des mécanismes induits par la stimulation ou via une analyse croisée (activation photochimique et détection électrochimique par exemple) ou encore conduire à l’exploration de processus nouveaux.
Or, il se trouve qu’en dépit de ces considérations de similarités dans l’approche conceptuelle et de complémentarité pouvant être mis à profit pour résoudre des problèmes d’intérêt sociétal et économique majeurs, les communautés scientifiques associées sont fédérées de manière très distincte (même si elles partagent la même section du CNRS ou du CNU), ce qui réduit considérablement les possibilités d’échanges scientifiques. La communauté des photochimistes possède sa propre subdivision (SP2P) de la division de chimie-physique, au même titre que la subdivision électrochimie, au sein de la SCF. Chaque communauté possède ses propres événements scientifiques nationaux et internationaux et les interactions sont, à ce jour, quasi-inexistantes en dehors des commissions de recrutement ou d’évaluation (ex. comité national section 13). L’objectif du GDR PES est donc de rompre avec cet état de fait en offrant un cadre d’échanges scientifiques à ces deux communautés, mais aussi à tous les acteurs concernés par le contrôle de propriétés de molécules ou de matériaux via l’utilisation des photons et des électrons, c’est-à-dire les chimistes de synthèse, les chimistes théoriciens ou encore les physico-chimistes impliqués dans la mise au point de nouvelles techniques couplées.