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

22 - Côtes d'Armor

►Le 20 mars

SORTIE NATURE
"LA NUIT DE LA GRENOUILLE"

Une soirée de découverte des amphibiens, qui se déroule en deux temps : un diaporama en salle suivi d’une sortie de terrain. Une animation destinée à toute la famille pour découvrir la vie aquatique d'une mare et plus particulièrement les amphibiens qui y vivent. Sur réservation uniquement. Informations au 02 96 50 60 04 (place limitées).

Château de la Hunaudaye
22270 Plédéliac
02 96 34 82 10
www.la-hunaudaye.com

25 - Doubs

►Du 1er mai 2026 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

38 - Isère

►Le 22 mars

VOYAGE MUSICAL ET SENSORIEL 

Autour de la thématique de la nature et des océans, venez écouter, expérimenter et découvrir les différentes familles d’instruments. Conçu spécialement pour le jeune public accompagné d’un adulte, cet atelier propose une immersion progressive dans l’univers musical à partir d'un conte. 

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

►Jusqu'au 30 mars  

EXPOSITION
"PEINDRE LA LUMIÈRE, DE LA MAQUETTE AU VITRAIL"

Arcabas (1926-2018) s’est intéressé toute sa vie au vitrail qu’il abordait en tant que peintre avant tout. De l'expérience fondatrice de l'église Saint-Hugues aux dernières réalisations du Sacré-Cœur de Grenoble et de Saint-Christophe-sur-Guiers, l’exposition met l’accent sur les maquettes créées par Arcabas et la façon dont elles ont été traduites par les maitres verriers.

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

39 - Jura

►Le 25 mars

CONFÉRENCE
"LA CONTREBANDE DU SEL EN FRANCHE-COMTÉ AU XVIIIᵉ SIÈCLE"

Pour les Nocturnes de l’Histoire, André Ferrer, vous entraîne au cœur de la contrebande du sel en Franche-Comté au XVIIIe siècle. Une conférence passionnante, suivie d’un temps d’échanges. Entrée gratuite. Sur réservation.

Grande Saline de Salins-les-Bains
3 Place des Salines
39110 Salins les Bains
03 84 73 10 92
www.grande-saline.com

42 - Loire

►Le 26 mars

BOURSE D'ÉCHANGES
PARC NATUREL REGIONAL DU PILAT

Le Parc naturel regional du Pilat organise à Jonzieux le jeudi 26 mars 2026 une bourse d échanges de matériel publicitaire des 50 sites cotisant à l'office de tourisme du PARC.
Cette manifestation est une tournante dans des villages différents chaque année depuis l'an 2000.

Contact : 
Musée de la Passementerie
5 rue des passementiers
42660 Jonzieux
04 77 39 93 38
www.maison-passementerie.info

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

67 - Bas-Rhin

►Les 21 & 22 mars

"DÉFIS EN CASCADE !"
JOURNÉE MONDIALE DE L’EAU

Flotte ou coule, colle ou colore : explorez les propriétés physiques de l’eau à travers des défisludiques à réaliser en famille. Observez, testez, créez et laissez-vous surprendre en découvrant lesnotions de densité, pression, capillarité et pH. À partir de 3 ans.

Le Vaisseau
1 bis rue Philippe Dollinger 
67100 Strasbourg
03 69 33 26 69
www.levaisseau.com

►Jusqu’au 29 mars

EXPOSITION
"UN AMOUR DE LALIQUE – UNE IDÉE DE PARADIS"

Une sélection d’œuvres de la collection du Fonds Régional d’Art Contemporain (FRAC) Alsace entre en résonance avec un choix effectué parmi les pièces conservées au musée Lalique. Pour cette première collaboration, c’est une certaine vision du paradis qui est proposée au fil de l’exposition. 

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

►Les 28 & 29 mars

LES SPECTACLES
"MINI CURIEUX"

La version Mini du Curieux Festival revient au Vaisseau ! Au programme : un week-end despectacles, de sciences et de merveilles pour faire germer la curiosité des enfants dès le plus jeuneâge. Tout publi. cRéservation et modalités sur lecurieuxfestival.com.

Le Vaisseau
1 bis rue Philippe Dollinger 
67100 Strasbourg
03 69 33 26 69
www.levaisseau.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

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

►Le 28  mars

PROJECTION ET CONFÉRENCE
"MATISSE ET LYDIA"

Le Château de Lourmarin accueillera le 28 mars à 15h la projection du film « Matisse et Lydia », suivi d'un échange avec la réalisatrice Élisabeth Kapnist. Ce documentaire sensible retrace la relation entre Henri Matisse et Lydia Delectorskaya, muse et collaboratrice essentielle du peintre pendant plus de vingt ans.

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

Lieux:
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