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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 . . .

11 - Aude

► Jusqu’au 31 décembre 

PARCOURS D’ART CONTEMPORAIN
"VESTIGES DU FUTUR"

Narbo Via présente un parcours d’art contemporain en dialogue avec les collections du Musée. Cette sélection d’œuvres du @mracserignan sera exposée.
C’est une véritable rencontre entre deux collections que vous allez découvrir. Au total, 23 œuvres, dont 21 au musée Narbo Via et deux autres sur les sites de l’Horreum à Narbonne et d’Amphoralis à Sallèles-d’Aude. 

Musée Narbo Via
2 avenue André Mècle
11100 Narbonne
04 68 90 28 90
https://narbovia.fr

13 - Bouches-du-Rhône

► Le 4 décembre

"FÊTE DE LA SAINTE-BARBE"  
MUSÉE DE LA MINE

A Gréasque aura lieu la célébration de la Ste Barbe, fête traditionnelle des mineurs, des pompiers et des artificiers. 
La messe et la bénédiction à l’église Saint-Jacques de Gréasque précèderont la procession dans les rues des cités minières, pour finir avec un spectaculaire feu d’artifice et un grand repas convivial. 

Musée de la Mine de Gréasque
Puits Hély d’Oissel
Montée de l’ancien traînage
13850 Gréasque
04 42 69 77 00
https://museeminegreasque.fr

20 - Haute-Corse

► Jusqu'au 23 décembre

EXPOSITION
CORSICA 39-45 : Les Corses et la Deuxième Guerre mondiale (1939-1945)

Dans le cadre du 80e anniversaire de la Libération de la Corse, le Musée de Bastia propose de nous faire (re)découvrir comment les Corses ont vécu le second conflit mondial.
A travers près de 500 objets, œuvres d’art, documents et une vingtaine de multimédias, c’est une plongée dans le quotidien de la population insulaire qui est présentée.

Musée de Bastia
Place du donjon
La Citadelle
20200 Bastia
04 95 31 09 12
https://musee.bastia.corsica

21 - Côte d'Or

► Jusqu’au 31 décembre

EXPOSITION
"LES INSECTES POLLINISATEURS FONT LE BUZZ"

En 2023, le Jardin de l’Arquebuse propose une immersion dans l’univers fascinant des insectes pollinisateurs. Cette exposition, adaptée à tous les publics, offre une « tribune » exclusive à ces insectes parfois minuscules mais tellement importants !

Le Jardin de l'Arquebuse
1 avenue Albert 1er (Parc de l’Arquebuse)
21000 Dijon
03 80 48 82 00
www.ma-nature.dijon.fr

22 - Côtes d'Armor

► Jusqu'au 15 septembre 2024

EXPOSITION
"DIX ANS DE DONS, COLLECTION DU MUSÉE DE LA RÉSISTANCE EN ARGOAT"

Au cours de ces onze années d’existence, le musée de la Résistance en Argoat s’est enrichi de nombreux dons faits par des particuliers. Parfois une simple photo, découverte à la mort d’un parent, un masque à gaz relégué au grenier, mais aussi un journal de déportation ou un émetteur-récepteur parachuté d’Angleterre aux résistants.

Pôle de l'Étang-Neuf
22480 Saint-Connan
02 96 47 17 66
www.etangneufbretagne.com

37 - Indre et Loire

► Le 29 décembre

BALADES NOCTURNES AUX CHANDELLES
CHÂTEAU ROYAL D’AMBOISE

Dans une ambiance réhaussée par la lumière des chandelles et celle du feu de cheminée, ces soirées permettent de découvrir le château royal d’Amboise d’une manière intimiste en déambulation libre.
15€/adulte; 13€/étudiant; 11€/enfant et 7€/abonné.

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

38 - Isère

► Jusqu'au 31 mars 2024

EXPOSITION
"AUDACE ET RENOUVEAU"

Le 28 juin 1953, l’église de Saint-Hugues en Chartreuse après une totale transformation. Inaugurée par l’évêque de Grenoble, elle consacre l’audace d’un jeune peintre inspiré, Jean-Marie Pirot-Arcabas et s’inscrit dans le courant du renouveau de l’art sacré. L’exposition restitue l’ambiance de l’époque avec des photos et des documents, des dessins préparatoires et des lithographies originales.

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

42 - Loire

► Jusqu'au 22 septembre 2024

EXPOSITION 
"INDONÉSIE RÉVÉLÉE"

Région d’une grande complexité culturelle, le pays se compose de 1100 de groupes ethniques différents.
Les collections ramenées par Daniel Pouget de ses voyages, notamment des îles de Bornéo, Sumatra et Sulawesi, nous dévoilent l’extraordinaire richesse des traditions et cultures des îles d’Indonésie.  

Musée des Civilisations Daniel Pouget
Place Madeleine Rousseau
42170 Saint-Just-Saint-Rambert
04 77 52 03 11
musee@stjust-strambert.com

► Jusqu'au 7 janvier 2024

EXPOSITION 
"GRAINES"
 
À la manière d’une leçon de chose, l’exposition invite à l’observation des graines pour découvrir la diversité des formes, des couleurs, leurs spécificités et leur mode de dissémination.  
Montrer la diversité de la nature et la beauté de l’infiniment petit, c’est aussi et surtout montrer du respect pour la nature et pour le vivant.

Musée d’Allard
13 boulevard de la Préfecture
42600 Montbrison
04 77 96 39 15
https://www.facebook.com/museeallard

62 - Pas-de-Calais

► Jusqu'au 15 janvier 2024

EXPOSITION 
"ANIMAUX FANTASTIQUES"

Dragons, griffons, sphinx ou licornes… Riche de près de 250 œuvres – sculpture, peinture, objets d’art mais aussi cinéma et musique –, l’exposition nous plonge dans un voyage dans le temps et l’espace, de l’Antiquité à nos jours, pour raconter l’histoire des plus célèbres de ces créatures à travers leurs légendes, leurs pouvoirs et leur habitat. 

Musée du Louvre-Lens
99 rue Paul Bert 
62300 Lens 
03 21 18 62 62 
www.louvrelens.fr

63 - Puy de Dôme

► Jusqu'au 25 février 2024

EXPOSITION
"MOTIF CENTRAL" de Julien Colombier

Julien Colombier est un peintre français dont les oeuvres se décline tant sur la céramique que sur des fresques peintes ou du textile. Son univers artistique, à la fois onirique, féérique et hypnotique, composé de jungles ou de forêts luxuriantes et colorées, se voit transposé à échelle monumentale. 

Musée Mandet
14 rue de L'Hôtel de Ville
63200 Riom
04 73 38 17 31
musee.mandet@rlv.eu

68 - Haut-Rhin

► Jusqu'au 30 décembre

EXPOSITION
"LES JEUX VIDÉO, DES ORIGINES À NOS JOURS" 

L'histoire des jeux vidéo remonte aux années 1950 et 1960. Les premiers jeux étaient très simples et basés sur du texte, mais au fil du temps, les graphismes et les fonctionnalités ont évolué. Atari, GameCube, Wii, Playstation et bien d’autres consoles sont exposées dans les vitrines du musée.

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

75 - Paris

► Le 30 décembre 

ACTIVITES ENFANTS
"FABLES ET MAQUETTES POUR LE ROI !"

Les enfants partent à la découverte des plans-reliefs et de leur fabrication à travers les Fables de La Fontaine. Puis direction dans la salle d'atelier pour une activité créative en famille !
De 3 à 6 ans - Durée 1h30.

Musée des Plans-Reliefs
129 rue de Grenelle 
Hôtel des Invalides    
75007 Paris    
01 45 51 92 45
www.museedesplansreliefs.culture.fr

► Le 6 janvier 

ACTIVITES ENFANTS
"APPRENTIS STRATÈGES"

Venez prendre part à l'une des premières grandes batailles de Napoléon avant qu'il ne devienne empereur ! Grâce à un jeu de stratégie, les enfants se mettront dans la peau de l’armée républicaine, dirigée par le capitaine Bonaparte, pour libérer la ville de Toulon... De 7 à 12 ans - Durée 1h30.

Musée des Plans-Reliefs
129 rue de Grenelle 
Hôtel des Invalides    
75007 Paris    
01 45 51 92 45
www.museedesplansreliefs.culture.fr

► Jusqu'au 24 février 2024

EXPOSITION
"CLEMENCEAU ET LE CINÉMA"

A l’occasion de la restauration par le Centre national du Cinéma (CNC) du filmrécemment retrouvé "Le Voile du Bonheur" d’Édouard-Émile Violet, d’après lapièce écrite par Georges Clemenceau en 1901, le musée Clemenceau présentedu sa nouvelle exposition-focus.

Musée Clemenceau
8 rue Benjamin Franklin,
75116 Paris
01 45 20 53 41
https://musee-clemenceau.fr

76 - Seine Maritime

► Jusqu'au 30 novembre 

EXPOSITION
"LE GÉNIE DES MODESTES" (10e édition)

Exposition dans la filiation de l’art brut et singulier qui présente des oeuvres de créateurs sélectionnés par la Halle Saint Pierre. 
A la suite de Jean Dubuffet et en cohérence avec la simplicité de l’abbé Pierre, le Génie des modestes témoigne que les modestes ont du génie, à Emmaüs comme ailleurs.

Centre abbé Pierre – Emmaüs
Route d’Emmaüs
76690 Esteville
02 35 23 87 76
www.centre-abbe-pierre-emmaus.org

► Du 1er au 3 décembre

"MARCHÉ DE NOËL DE MIROMESNIL"

Le marché de Noël accueille chaque année de nombreux exposants : linge de maison, décoration, vêtements, accessoires, bijoux, produits de bouche, spiritueux, produits de beauté …
C’est également l’occasion pour les visiteurs de redécouvrir le château entièrement décoré pour l’occasion.

Château de Miromesnil
76550 Tourville-sur-Arques
02 35 85 02 80
www.chateaumiromesnil.com

84 - Vaucluse

► Jusqu'au 31 décembre 

EXPOSITION
AUGUSTE ROURE 

Désigné peintre des garrigues et des cailloux par ses contemporains, les motifs privilégiés d'Auguste Roure sont les paysages de collines autour d’Avignon traversés de chemins et routes blanches, et, plus tard, la côte méditerranéenne l'été autour de la presqu’île de Giens. .

Musée Louis Vouland
17 rue Victor Hugo
84000 Avignon
04 90 86 03 79
www.vouland.com

► Jusqu'au 31 mai 2024

EXPOSITION
"OCEAN"

L’océan est un vaste monde qui ne cesse de nous fasciner et qu’il convient de comprendre, d’étudier, de préserver et d’admirer. Cette exposition présente quatre artistes qui contribuent, par leurs approches artistiques, à cette réflexion et cette prise de conscience.
les photographes Rachael Talibart et Henley Spiers, les graveurs Hélène Baumel et Jean Chièze.

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

87 - Haute-Vienne

► Jusqu'au 23 décembre 

EXPOSITION
"LE PAPIER C’EST CHIC" 
Robes, vêtements et accessoires en papier 

Une exposition grandiose, surprenante, élégante et hors du commun présente plus d’une vingtaine de robes riches et précieuses, des costumes, coiffes, bijoux et accessoires en papier et carton. L’illusion est portée à la perfection et le résultat est déconcertant, pourtant tout est en papier ! 

Le Moulin du Got
Le Pénitent
87400 St Léonard-de-Noblat
05 55 57 18 74
www.moulindugot.com

Lieux:
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