Bienvenue dans un nouveau monde... le notre

Le prix Nobel de chimie 2023 récompense trois maîtres de la couleur
Actualités

Le prix Nobel de chimie 2023 récompense trois maîtres de la couleur

La cuvée 2023 du prix Nobel de chimie récompense trois chercheurs pour leurs travaux pionniers concernant les "boîtes quantiques", des cristaux un million de fois plus petits qu’une tête d’épingle qui permettent de contrôler très précisément les émissions lumineuses et la production de couleurs. Réalisées dans les années 1980 et 1990, ces recherches ont donné lieu à une multitude d’applications.

Au Moyen Âge, les maîtres verriers fabriquaient des vitraux en faisant fondre en mélange de sable et de cendres végétales. Puis ils ajoutaient de petites quantités de métaux comme du cobalt, du nickel ou du manganèse, qui absorbent certaines longueurs d’onde du spectre lumineux et produisent ainsi une palette de verres colorés illuminant les cathédrales.

La cuvée 2023 du Nobel de chimie honore trois chercheurs qui ont largement contribué à renouveler la science des couleurs – engendrées cette fois par des phénomènes quantiques à une échelle un million de fois plus petite qu’une tête d’épingle. Primés pour "la découverte et la synthèse des boîtes quantiques", les procédés et théories qu’ils ont élaborés sont utilisés aujourd’hui pour une variété d’applications industrielles. Les écrans de télévision et d’ordinateurs QLED en particulier, le "Q" se rapportant à la nature quantique du système d’affichage.

Une troisième dimension au tableau périodique des éléments

A quoi correspondent donc ces "boîtes quantiques" (quantum dots, en anglais) ? Il s’agit de cristaux de semi-conducteurs d’une taille infime, composés typiquement de quelques centaines d’atomes, soit un diamètre de quelques milliardièmes de mètre (nanomètres). Si petits que les effets quantiques qui se manifestent alors déterminent les propriétés physiques de ces cristaux. Les électrons qui s’y trouvent piégés modifient notamment les couleurs émises.

Mais ce qui est particulièrement intéressant est que ces couleurs dépendent directement de la taille des nanostructures, quel que soit l’élément chimique qui les compose. C’est comme si "le tableau périodique gagnait soudainement une troisième dimension, explique le comité Nobel. Les propriétés d’un élément ne sont plus dictées uniquement par leurs couches électroniques et le nombre d’électrons présents en périphérie. Car au niveau quantique, la taille compte également. Un chimiste souhaitant développer un nouveau matériau dispose ainsi d’un autre paramètre pour intervenir."

Plus les cristaux sont petits, plus ils absorbent la couleur bleue

Alexei Ekimov, l’un des trois lauréats du Nobel de chimie, a été le premier, à la fin des années 1970, à fabriquer ce qu’on nommera par la suite des boîtes quantiques. Il travaille alors à l’Institut d’optique d’Etat Vavilov de Leningrad dans l’ex-URSS. Et s’intéresse, comme les maîtres verriers du Moyen Âge, aux verres teintés par des sels métalliques – en l’occurrence du chlorure de cuivre. Après avoir chauffé ces verres à différentes températures (entre 500 et 700°C), il constate que ceux-ci n’absorbent plus la lumière de la même façon. Un phénomène imputable à la taille variable des cristaux de chlorure de cuivre, conclut le chercheur grâce à des examens aux rayons-X, dont les diamètres peuvent fluctuer de 2 à 30 nanomètres. Plus leurs dimensions sont petites, plus ces nanocristaux tendent à absorber la couleur bleue. Publiés en 1981 dans une revue scientifique soviétique, les travaux pionniers d’Alexei Ekimov (78 ans actuellement) passent toutefois inaperçus pour les chercheurs situés de l’autre côté du rideau de fer.

Une découverte fortuite et indépendante

Notamment l’Américain Louis Brus (âgé aujourd’hui de 80 ans) des Laboratoires Bell dans le New Jersey, second lauréat du Nobel, qui de manière fortuite, travaillant en 1983 sur l’énergie solaire, met en évidence le même phénomène. Il utilise toutefois, pour sa part, des cristaux de sulfure de cadmium. Et ces particules sont intégrées non pas dans une matrice solide, mais en suspension dans un liquide. Par la suite, Louis Brus et son équipe chercheront à identifier d’autres nanostructures de ce type. Mais leurs travaux buttent à chaque fois sur les mêmes écueils : les cristaux n’ont pas une qualité homogène, présentent de nombreux défauts, et pire encore, ne possèdent pas toujours la même taille, engendrant ce faisant des couleurs différentes.

Un procédé révolutionnaire

C’est là que le troisième lauréat, Moungi Bawendi (62 ans aujourd’hui, de nationalité tunisienne, française et américaine), entre en scène. En 1993, cet ancien étudiant de Louis Brus ayant obtenu un poste au Massachusetts Institute of Technology invente un procédé relativement simple qui révolutionne le domaine. En saturant une solution en séléniure de cadmium et en jouant sur la température, il parvient à contrôler très finement la croissance des nanocristaux. Ceux-ci possèdent tous, désormais, les dimensions souhaitées. Et sont également de très bonne qualité, sans défaut !

De nouvelles applications à venir

Les recherches se développent ensuite à grands pas, permettant de produire des couleurs à la fois très pures et selon des procédés bon marché, moins polluants et peu gourmands en énergie. Outre les écrans d’affichages pour les télévisions et ordinateurs, les boîtes quantiques sont utilisées actuellement dans les lampes électroluminescentes, les panneaux solaires ou en chirurgie afin de détecter les tumeurs. Elles s’apprêtent à envahir aussi nos écrans de smartphones. Et pourraient être utilisées, à terme, pour le tri des déchets, la catalyse chimique, l’assistance à la conduite ou encore les calculateurs quantiques.


Source : Franck Daninos / Sciences et Avenir
Crédit : BOSTON UNIVERSITY

Selon leurs tailles, les boîtes quantiques produisent une grande variété de couleurs. 

Le prix Nobel de chimie 2023 récompense trois maîtres de la couleur Actualités

Le prix Nobel de chimie 2023 récompense trois maîtres de la couleur

La cuvée 2023 du prix Nobel de chimie récompense trois chercheurs pour leurs travaux pionniers concernant les "boîtes quantiques", des cristaux un million de fois plus petits qu’une tête d’épingle qui permettent de contrôler très précisément les émissions lumineuses et la production de couleurs. Réalisées dans les années 1980 et 1990, ces recherches ont donné lieu à une multitude d’applications.

Au Moyen Âge, les maîtres verriers fabriquaient des vitraux en faisant fondre en mélange de sable et de cendres végétales. Puis ils ajoutaient de petites quantités de métaux comme du cobalt, du nickel ou du manganèse, qui absorbent certaines longueurs d’onde du spectre lumineux et produisent ainsi une palette de verres colorés illuminant les cathédrales.

La cuvée 2023 du Nobel de chimie honore trois chercheurs qui ont largement contribué à renouveler la science des couleurs – engendrées cette fois par des phénomènes quantiques à une échelle un million de fois plus petite qu’une tête d’épingle. Primés pour "la découverte et la synthèse des boîtes quantiques", les procédés et théories qu’ils ont élaborés sont utilisés aujourd’hui pour une variété d’applications industrielles. Les écrans de télévision et d’ordinateurs QLED en particulier, le "Q" se rapportant à la nature quantique du système d’affichage.

Une troisième dimension au tableau périodique des éléments

A quoi correspondent donc ces "boîtes quantiques" (quantum dots, en anglais) ? Il s’agit de cristaux de semi-conducteurs d’une taille infime, composés typiquement de quelques centaines d’atomes, soit un diamètre de quelques milliardièmes de mètre (nanomètres). Si petits que les effets quantiques qui se manifestent alors déterminent les propriétés physiques de ces cristaux. Les électrons qui s’y trouvent piégés modifient notamment les couleurs émises.

Mais ce qui est particulièrement intéressant est que ces couleurs dépendent directement de la taille des nanostructures, quel que soit l’élément chimique qui les compose. C’est comme si "le tableau périodique gagnait soudainement une troisième dimension, explique le comité Nobel. Les propriétés d’un élément ne sont plus dictées uniquement par leurs couches électroniques et le nombre d’électrons présents en périphérie. Car au niveau quantique, la taille compte également. Un chimiste souhaitant développer un nouveau matériau dispose ainsi d’un autre paramètre pour intervenir."

Plus les cristaux sont petits, plus ils absorbent la couleur bleue

Alexei Ekimov, l’un des trois lauréats du Nobel de chimie, a été le premier, à la fin des années 1970, à fabriquer ce qu’on nommera par la suite des boîtes quantiques. Il travaille alors à l’Institut d’optique d’Etat Vavilov de Leningrad dans l’ex-URSS. Et s’intéresse, comme les maîtres verriers du Moyen Âge, aux verres teintés par des sels métalliques – en l’occurrence du chlorure de cuivre. Après avoir chauffé ces verres à différentes températures (entre 500 et 700°C), il constate que ceux-ci n’absorbent plus la lumière de la même façon. Un phénomène imputable à la taille variable des cristaux de chlorure de cuivre, conclut le chercheur grâce à des examens aux rayons-X, dont les diamètres peuvent fluctuer de 2 à 30 nanomètres. Plus leurs dimensions sont petites, plus ces nanocristaux tendent à absorber la couleur bleue. Publiés en 1981 dans une revue scientifique soviétique, les travaux pionniers d’Alexei Ekimov (78 ans actuellement) passent toutefois inaperçus pour les chercheurs situés de l’autre côté du rideau de fer.

Une découverte fortuite et indépendante

Notamment l’Américain Louis Brus (âgé aujourd’hui de 80 ans) des Laboratoires Bell dans le New Jersey, second lauréat du Nobel, qui de manière fortuite, travaillant en 1983 sur l’énergie solaire, met en évidence le même phénomène. Il utilise toutefois, pour sa part, des cristaux de sulfure de cadmium. Et ces particules sont intégrées non pas dans une matrice solide, mais en suspension dans un liquide. Par la suite, Louis Brus et son équipe chercheront à identifier d’autres nanostructures de ce type. Mais leurs travaux buttent à chaque fois sur les mêmes écueils : les cristaux n’ont pas une qualité homogène, présentent de nombreux défauts, et pire encore, ne possèdent pas toujours la même taille, engendrant ce faisant des couleurs différentes.

Un procédé révolutionnaire

C’est là que le troisième lauréat, Moungi Bawendi (62 ans aujourd’hui, de nationalité tunisienne, française et américaine), entre en scène. En 1993, cet ancien étudiant de Louis Brus ayant obtenu un poste au Massachusetts Institute of Technology invente un procédé relativement simple qui révolutionne le domaine. En saturant une solution en séléniure de cadmium et en jouant sur la température, il parvient à contrôler très finement la croissance des nanocristaux. Ceux-ci possèdent tous, désormais, les dimensions souhaitées. Et sont également de très bonne qualité, sans défaut !

De nouvelles applications à venir

Les recherches se développent ensuite à grands pas, permettant de produire des couleurs à la fois très pures et selon des procédés bon marché, moins polluants et peu gourmands en énergie. Outre les écrans d’affichages pour les télévisions et ordinateurs, les boîtes quantiques sont utilisées actuellement dans les lampes électroluminescentes, les panneaux solaires ou en chirurgie afin de détecter les tumeurs. Elles s’apprêtent à envahir aussi nos écrans de smartphones. Et pourraient être utilisées, à terme, pour le tri des déchets, la catalyse chimique, l’assistance à la conduite ou encore les calculateurs quantiques.


Source : Franck Daninos / Sciences et Avenir
Crédit : BOSTON UNIVERSITY

Selon leurs tailles, les boîtes quantiques produisent une grande variété de couleurs. 

LE GUIDE Naturellement

Agenda . . .

25 - Doubs

►Du 1er mai au 14 février 2027

EXPOSITION 
"MYSTIFICATION" - ARCHITECTURE ET CINÉMA, LA QUÊTE DE L’ILLUSION

À une époque où les frontières entre le réel et la fiction sont brouillées, l’architecture et le cinéma se rencontrent pour vous inviter à une expérience visuelle immersive à travers l’art de l’illusion.

Saline royale
Grande Rue
25610 Arc et Senans
03 81 54 45 13
www.salineroyale.com

►Du 7 juin au 18 octobre 

FESTIVAL DES JARDINS
"LES INSECTES : LE MONDE DE LA MÉTAMORPHOSE"

Dans les nouveaux jardins du Festival, découvrez un monde visible et fascinant : la beauté des papillons, la mécanique des lucarnes, la cruauté de l’élégante mante religieuse, le vol imposant de l’abeille charpentière ou encore les libellules d’un autre temps…

Saline royale
Grande Rue
25610 Arc et Senans
03 81 54 45 13
www.salineroyale.com

31 - Haute-Garonne

►Le 26 avril

"VISITE COCKPITS"
AILES ANCIENNES TOULOUSE

Pour cette 1ère édition 2026 de la célèbre et attendue « Journée Cockpit », notre association a choisi de mettre à l’honneur l’aviation et la moto. Seront présents, avec leurs magnifiques machines, les membres des associations "Blagnac Moto Rétro", "French Army Vets", "Capitole Gentlemen Motorcycle". Participeront aussi nos amis du Peloton motorisé de la Gendarmerie Nationale.

Ailes Anciennes Toulouse
Parking Site Aéroscopia
Allée André Turcat
31700 Blagnac
05 62 13 78 10
www.aatlse.org

37 - Indre-et-Loire

►Les 8 & 9 mai et 20 juin 

VISITE GUIDÉE 
"LA TOURMENTE DE LA SECONDE GUERRE MONDIALE"

À l’occasion de la commémoration de l’armistice du 8 mai 1945, et de la bataille d’Amboise, le château royal d’Amboise vous propose une visite guidée consacrée à son Histoire durant le second conflit mondial. Notre collègue Camille, guide-conférencière passionnée par cette période, évoquera avec vous les épisodes connus par l’édifice entre 1939 et 1945, images d’archives et anecdotes à l’appui.

Château royal d’Amboise
Montée de l’Emir Abd el Kader
37400 Amboise
02 47 57 00 98
www.chateau-amboise.com

38 - Isère

►Jusqu'au 29 mars 2027

EXPOSITION
"LES FORMES DE L'EAU"

Présente dans la nature sous des formes multiples, l’eau constitue une source d’inspiration inépuisable pour les artistes. Dans l’œuvre d’Arcabas, à travers une quinzaine d’œuvres mêlant motifs figuratifs et abstraits, la beauté des phénomènes naturels se révèle et les émotions suscitées par les multiples métamorphoses de l’eau sont suggérées avec finesse. 

Musée arcabas en Chartreuse
Eglise de Saint-Hugues
38380 Saint-Pierre-de-Chartreuse
04 76 88 65 01
https://musees.isere.fr

42 - Loire

►Le 14 avril

ATELIERS VACANCES 
"CRÉATION D'ATTRAPE-RÊVES"

Dans la tradition amérindienne, les attrape-rêves servent à éloigner les cauchemars et rendre nos nuits plus paisibles. Apprends à réaliser ton propre attrape-rêves à partir de chutes textiles et de décorations sur le thème de Pâques ! Dès 3 ans. Réservation obligatoire. Tarif unique : 5 € par personne.

Musée du tissage et de la soierie
125 Place Vaucanson
42510 Bussières
04 77 27 33 95 
www.museedutissage.com

►Jusqu'au 15 novembre

EXPOSITION
"REMAILLER - LA MÉMOIRE VIVE DU TEXTILE EN ROANNAIS"

Conçue par Elodie Guyot, photographe passionnée originaire de St-Jodard, cette exposition rend hommage aux anciennes ouvrières en bonneterie roannaise. Leurs portraits se croisent avec ceux des élèves en filière Métiers de la mode du Lycée Carnot à Roanne. Focus aussi sur l'une des dernières entreprises de tricotage roannaise : Henitex Bel Maille. 

Musée du tissage et de la soierie
125 Place Vaucanson
42510 Bussières
04 77 27 33 95 
www.museedutissage.com

52 - Haute-Marne

►Jusqu'au 19 avril 

EXPOSITION 
"175 ANS DE CRÉATION BRASSICOLEÀ SAINT-DIZIER"

La brasserie du fort carré a été un des fleurons économiques de Saint-Dizier. En activité de 1796 à 1955, elle marqué le paysage urbain de la ville, et est à l’origine de la construction de la Tour Miko. Des techniques de productions de la bière, au nombreux objets publicitaires, l’exposition retracera l’histoire d’une brasserie restée dans les mémoires.

Musée de Saint-Dizier
17 rue de la Victoire 
52100 Saint-Dizier
03 25 07 31 50
www.saint-dizier.fr

57 - Moselle

►Jusqu'au 28 septembre

EXPOSITION
"FRANÇOIS MORELLET"

Inaugurant le centenaire de la naissance de François Morellet (1926-2016), le Centre Pompidou-Metz présente une rétrospective en 100 œuvres allant de 1941 à 2016, la plus complète jamais réalisée à ce jour.

Centre Pompidou-Metz
1 parvis des Droits-de-l'Homme 
57000 Metz 
03 87 15 17 17
www.centrepompidou-metz.fr

59 - Nord

►Jusqu'au 20 août

EXPOSITION
"VAISSEAU TERRE"

Conçue, réalisée et présentée par la Cité de l’espace à Toulouse, cette exposition porte un regard renouvelé sur la Terre. Grâce à la richesse de ses contenus, elle présente les dernières découvertes à la croisée des sciences naturelles, physiques et humaines.

Forum des Sciences
1 place François Mitterrand
59650 Villeneuve d'Ascq
03 59 73 96 00
https://forumdepartementaldessciences.fr

►Jusqu'au 17 janvier 2027

EXPOSITION
"CROQUE COULEURS"

Des couleurs qui jouent un rôle dans la façon de se comporter, de s’exprimer, de vivre en société. Et si l’on prenait le temps de les observer et de les explorer. Grâce à un parcours interactif, ludique et sensoriel, les enfants expérimentent les phénomènes de perception des couleurs et jouent avec leurs symboliques.

Forum des Sciences
1 place François Mitterrand
59650 Villeneuve d'Ascq
03 59 73 96 00
https://forumdepartementaldessciences.fr

65 - Hautes-Pyrénées

►Du 18 avril au 3 mai

ANIMATIONS 
"LA PEINTURE AU PALÉOLITHIQUE"

Quels pigments naturels ont servi à réaliser les mains négatives ? Quels outils sont utilisés pour dessiner sur les parois ? Les animateurs présentent les techniques de la peinture préhistorique.
Et petit + : Repartez avec l’empreinte de votre/vos mains.

Grottes préhistoriques de Gargas & Nestploria
81 route de Gargas
65660 Aventignan
05 62 98 81 50
https://grottesdegargas.fr

67 - Bas-Rhin

►Jusqu'au 17 mai

EXPOSITION DES PHOTOGRAPHIES DE KARINE FABY
"MOSSI : UN VASE, DES SAVOIR-FAIRE"

Cette année, le choix a été fait de se concentrer sur les différentes étapes de fabrication d’un objet emblématique, le vase Mossi, dont le modèle a été créé par René Lalique en 1933. Depuis le travail sur le moule jusqu’à la signature finale, vous retrouverez toutes les étapes au travers de 20 photographies réalisées par Karine Faby.

Musée Lalique
40 rue du Hochberg
67290 Wingen-sur-Moder
03 88 89 08 14
www.musee-lalique.com

68 - Haut-Rhin

►Jusqu'au 28 juin

EXPOSITION 
"JOUSTRA, DES JOUETS MADE IN ALSACE"

Contraction de "JOUets de STRAsbourg", Joustra a produit de nombreux jouets avec un pic de popularité dans les années 1950 et 1960. Grâce à la collection d’un passionné bas-rhinois, Claude Schwach, venez découvrir tous types de jouets : jouets mécaniques, jouets téléguidés puis radiocommandés, voitures, grues, engins de chantier, bateaux, jeux scientifiques puis plus tard le célèbre télécran...

La Nef des Jouets
12 rue Jean Jaurès
68360 Soultz
03 89 74 30 92
www.ville-soultz.fr

71 - Saône-et-Loire

►Le 15 avril

ATELIER CUISINE
"LE HAMBURGER DU PRINTEMPS"

En avril, nous déclinons l'incontournable recette du hamburger avec un pain vert et des ingrédients de saison, coloré et pleins de saveurs !
À partir de 4 ans. 10,30 € / personne. Pensez à réserver ! Nombre de places limité.

La Maison du Charolais
43 route de Mâcon 
71120 Charolles
03 85 88 04 00
www.maison-charolais.com

74 - Haute-Savoie

►Jusqu'au 18 avril

ATELIERS ET ANIMATIONS VACANCES
MUSÉE DE PRÉHISTOIRE ET GÉOLOGIE

Au cœur de ces deux semaines d’animations : des ateliers variés pour découvrir la Préhistoire autrement (fouilles archéologiques, art pariétal, poterie, chasse, taille du silex…) et un Escape Game permettant de (re)découvrir le musée de manière inédite. Un stage est également proposé pour les enfants de 7 à 12 ans afin de s’initier à l’art préhistorique.

Musée de Préhistoire et Géologie
207 route du Moulin de la Glacière
74140 Sciez-sur-Léman
04 50 72 60 53
www.musee-prehistoire-sciez.com

75 - Paris

►Jusqu'au 10 janvier 2027

ZEUS, LE CHEVAL MÉTALLIQUE AU MUAM

Le musée accueille sur son parvis le cheval métallique Zeus, œuvre monumentale qui a marqué les esprits lors de la cérémonie d’ouverture des Jeux Olympiques et Paralympiques de Paris 2024.
Jusqu'au 29 mars 2026, dans le chœur de l’église Saint-Martin-des-Champs du MuAM, une exposition exceptionnelle intitulée "Zeus, chef-d’œuvre d’artisans" retrace la genèse et la fabrication de cette œuvre.

Musée des Arts et Métiers
60 rue Réaumur
75003 Paris
01 53 01 82 63
www.arts-et-metiers.net

►Jusqu'au 13 décembre

EXPOSITION
CHAÏM KALISKI - "JIM D’ETTERBEEK"

Double graphique de l’artiste, Jim d’Etterbeek est le titre d’une monumentale œuvre dessinée sur l’Occupation à Bruxelles, constituée de plus de cinq mille dessins de Chaïm-Charles Kaliski (1929-2015), être singulier dont l’existence fut à jamais marquée par la Shoah.

Musée d’art et d’histoire du Judaïsme
71 rue du Temple
75001 Paris
01 53 01 86 53
www.mahj.org

►Jusqu'au 17 mai 

EXPOSITION "FLOPS" 

Échec, bide, raté, fiasco… on estime que neuf innovations sur dix échouent et les raisons de la galère ne sont pas toujours évidentes ! En explorant les "bides" comme les trajectoires de réussites inattendues, l’exposition Flops-?! propose une lecture bienveillante de l’échec et ouvre la voie à une découverte singulière des collections du MuAM – Musée des Arts et Métiers.  

Musée des Arts et Métiers
60 rue Réaumur
75003 Paris
01 53 01 82 63
www.arts-et-metiers.net

►Jusqu'au 31 juillet 

EXPOSITION
"L’ÉTOFFE DES RÊVES"

Le vent de l’Art Brut et du surréalisme soufflera sur les 300 œuvres des 36 artistes réunis dans tout l’espace de la Halle Saint Pierre. "L’Étoffe des rêves" est le fruit d’une collaboration entre la Halle Saint Pierre et le Centre international du surréalisme et de la Citoyenneté mondiale à Saint-Cirq-Lapopie.

Halle Saint Pierre
2 rue Ronsard
75018 Paris
01 42 58 72 89
www.hallesaintpierre.org

84 - Vaucluse

►Du 20 avril au 31 mars 2027

EXPOSITION 
"UN SIÈCLE D’ART AU CHÂTEAU DE LOURMARIN"

Depuis les années 1920, plus de 600 artistes et musiciens ont séjourné en résidence à Lourmarin. À travers peintures, gravures, sculptures et photographies de 30 artistes, cette exposition retrace un siècle de création et d’inspiration au château, en mettant en lumière la diversité des courants artistiques du XXè et du début du XXIè siècle.

Château de Lourmarin
2 avenue Laurent Vibert
84160 Lourmarin
04 90 68 15 23
www.chateaudelourmarin.com

Lieux:
Découvrir toutes les activités