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Les cristaux les plus légers du monde : une clé pour l'énergie propre
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L'utilisation de l'hydrogène comme source d'énergie pour différents systèmes, de la voiture à la fusée spatiale en passant par l'ordinateur portable, semble une solution d'avenir, surtout dans le cadre du développement des énergies propres. Une telle technologie nécessite de stocker de façon efficace et sans danger de grandes quantités d'hydrogène. Une équipe du Center for Reticular Chemistry de l'UCLA's California NanoSystems Institute dirigée par Omar Yaghi s'est sans doute rapprochée plus que toutes les autres de ce rêve en mettant au point un nouveau type de matériau ultraléger, possédant une structure cristalline, et suffisamment poreux pour stocker des gaz.
L'idée qu'a particulièrement développée Omar Yaghi, est d'utiliser des blocs moléculaires composés d'éléments légers, comme le carbone, l'oxygène et le bore, pour former à volonté des réseaux cristallins reposant sur des blocs de molécules organiques. On obtient ainsi des réseaux moléculaires constituant des solides poreux, analogues à la zéolithe par exemple.
Plus précisément, les derniers réseaux synthétisés sont des COF, pour Covalent Organic Framework, ce qui pourrait se traduire par "charpente moléculaire covalente". Leur stabilité thermique est importante, la surface associée l'est aussi et la densité obtenue est particulièrement basse. Le solide poreux nommé COF 108 a la plus faible densité connue pour un matériau cristallin. Un seul gramme, du fait de sa porosité, possède une surface de 4 500 m2, soit l'équivalent de 30 terrains de tennis !
En fait, c'est toute une nouvelle chimie, dite chimie réticulaire, que l'on voit en train de se développer. Une grande variété de matériaux, construits avec différents blocs moléculaires, est ainsi possible. On peut varier les propriétés physiques, comme la porosité, presque à volonté. En prélude aux COFs, Yaghi avait déjà introduit des MOFs, pour Metal-Organic Framework. La taille des pores étant nanométrique, les capacités de stockage de gaz, comme le méthane ou l'hydrogène, pouvaient être suffisamment importantes pour servir à faire des réservoirs de carburant pour des voitures, des batteries pour des téléphones portables et même des ordinateurs ou des caméras numériques.
De fait, BASF, un groupe international dont la maison mère est allemande, a obtenu un brevet sur la technologie basée sur les MOFs, et il compte bien en commercialiser des applications très bientôt. Yaghi et ses collègues pensent que les COFs sont encore plus prometteurs en raison de leur faible densité. Ils peuvent, de plus, être utilisés pour stocker des gaz néfastes pour l'effet de serre comme le CO2.
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