Projet SUNRISE
© De Dietrich Process Systems
Dépasser les limites intrinsèques aux états excités pour améliorer les rendements et la résolution spatiale des processus photoinduits
Mots-clés
effets plasmoniques, processus photochimiques, photopolymérisation radicalaire, la polymérisation oxydative, nanoparticules métalliques fonctionnalisées
Résumé
L’objectif du projet SUNRISE est d’exploiter les interactions plasmoniques pour (1) améliorer l’efficacité des transformations photochimiques à l’échelle nanométrique, telles que les photopolymérisations, (2) dépasser la limite de diffraction de la lumière pour améliorer la résolution de la photolithographie, et (3) fabriquer de manière flexible des surfaces nanostructurées de grandes dimensions pour les intégrer dans des réacteurs photochimiques innovants et des dispositifs microfluidiques.
Les applications prévues couvrent divers secteurs industriels, promettant des solutions transformatrices dans les domaines stratégiques des gaz, du recyclage, de l’écoconception, des matériaux durables, de l’exploitation minière urbaine et des matériaux énergétiques. Au-delà de son impact scientifique, le projet vise à diffuser les connaissances par le biais d’ateliers et d’écoles thématiques, permettant à la communauté scientifique de mieux comprendre les interactions plasmoniques avec les matériaux moléculaires.
Attendus scientifiques
Responsable : Stephane Parola
La première tâche est dédiée à l’élaboration de la synthèse et de la caractérisation de nanoparticules métalliques avec une taille, une forme et une fonctionnalisation chimique spécifiques. En plus de fournir des échantillons pour relancer le projet, des techniques de synthèse et de caractérisation de nanoparticules seront partagées entre les partenaires pour former de jeunes chercheurs. L’investigation mécanistique utilisera des techniques spectroscopiques avancées pour démêler les contributions des effets électroniques et photothermiques dans les photoréactions assistées par plasmons, y compris la photopolymérisation et l’auto-assemblage hors équilibre. Les résultats serviront de modèle pour la conception de photoréactions améliorées par les plasmons.
Responsable : Vitor Brasilense
De nouvelles techniques de fabrication sous-diffractive basées sur l’optique impliquant une manipulation bicolore de la photoréactivité seront utilisées pour atteindre des résolutions nanométriques, de manière analogue à l’imagerie superrésolue, mais à des intensités plus faibles. Dans les approches soustractives ou additives, une longueur d’onde initiera une réaction photochimique qui sera entravée ou autorisée par un deuxième faisceau. La photogénération d’un gélifiant moléculaire et de son inhibiteur confinera sa diffusion, limitant davantage l’auto-assemblage hors équilibre déclenché par la concentration critique qui en résulte, déclenché par la nucléation-croissance, aux dimensions de sous-diffraction. La surveillance operando super-résolue du processus de modification de surface sera mise en œuvre en temps réel à l’aide de la nouvelle technique ultrasensible-QPI (brevet IdV) pour permettre une cartographie en temps réel sans précédent des réactions de surface avec une résolution en nm.
Responsable : Olivier Soppera
La structuration limitée par sous-diffraction sera explorée en utilisant la photopolymérisation assistée par plasmon. La nanophotolithographie par résonance plasmonique sera ensuite poussée à des limites inédites avec pour objectif ultime de démontrer l’initiation d’une réaction de photopolymérisation à l’échelle d’une (macro)molécule unique. La suite étudiera plutôt comment les interactions plasmoniques peuvent améliorer la conversion ascendante d’annihilation triplet-triplet (TTA UC) dans le but d’améliorer encore la résolution de ce processus à deux photons en utilisant le confinement nanométrique des réactifs et l’excitation.
Responsable : Florent Malloggi
Pour appliquer la structuration photoinduite à de grandes surfaces, nous utiliserons le transfert induit par laser (LIT) et l’auto-organisation de films nanocomposites contenant des nanoparticules métalliques et des catalyseurs. Cette technique flexible sera adaptée pour fonctionnaliser de grandes surfaces (du mm à la dizaine de cm2) avec différents nanomatériaux déposés dans des zones de taille micrométrique. Et, grâce à la nanogreffe localisée de nanoparticules activée par laser, elle sera utilisée pour fonctionnaliser des zones spécifiques de photoréacteurs dans des dispositifs micro ou millifluidiques pour des applications dans la synthèse et la détection photoinduites.
Consortium
iDV • Paris
Institut de la Vision
Pascal Berto
IS2M • Mulhouse
Institut de Science des Matériaux de Mulhouse
Céline Molinaro, Olivier Soppera
ISM • Talence
Institut des Sciences Moléculaires
Dario Bassani, André Del Guerzo, Anh Thy Bui
LabHC • Saint-Etienne
Laboratoire Hubert Curien
Tatiana Itina, Nathalie Destouches
LCH • Lyon
Laboratoire de Chimie de l’ENS de Lyon
Stéphane Parola, Frédéric Lerouge
NIMBE • Saclay
Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l’Énergie
Florent Malloggi
PPSM • Gif-sur-Yvette
Photophysique et Photochimie Supramoléculaires et Macromoléculaires
Vitor Brasilense
Publications du projet SUNRISE
Communications dans un congrès
- Eles B., Rouquette P., Amra C., Lefkir Y., Hubert C., et al.. Multi-timescale dynamics of plasmonic nanocomposite thin films under high-repetition-rate femtosecond laser-induced transformation. Congrès Général de la Société Française de Physique, Jun 2025, Troyes, France. ⟨hal-05080491⟩
- Destouches N., Liu Z., Vocanson F., Bakhti S., Hubert C.. Laser-induced self-organization of plasmonic nanoparticles. Japan-France Workshop on Photo-Electro-Responsive Molecules & Materials, Mar 2025, Gif -sur-Yvette, France. ⟨hal-05080505⟩
Documents récupérés de l'archive ouverte HAL 
Les autres projets PEPR
