SCRIPT DE L'INTERVIEW DE FRANCOIS AMBLARD DE L’INSTITUT PIERRE ET MARIE CURIE.

« Les molécules qui composent un solide, comme toutes les molécules, possèdent des électrons. Ces électrons peuvent être bien attachés au noyau, ou au contraire moins bien attachés.
La différence entre un conducteur et un isolant provient des électrons.
Dans le cas d’un conducteur, les électrons sont mal attachés : ils se mettent facilement en mouvement et donnent ainsi naissance au courant électrique. Plus les électrons sont mobiles, mieux le courant électrique a des facilités à se créer.
La conduction ou la capacité à conduire le courant est donc directement liée à la densité, à la mobilité des électrons.
Dans le cas d’un isolant, les électrons ne bougent pas.
Il existe une situation intermédiaire, dans laquelle les électrons bougent si on les perturbe. Grâce à un champ électrique suffisamment élevé, on peut les mettre en mouvement.




La lumière correspond à un champ magnétique et un champ électrique. Là où passe la lumière, le champ électrique est alternatif. Le champ a pour effet de faire bouger les objets chargés. Si on a atome dans un champ électrique, l’électron est soumis à une certaine force qui va dans un sens donné par le champ électrique. La force causée dépend du signe de la charge : les électrons vont d’un côté et les protons, donc le noyau, vont de l’autre. Quand la lumière passe sur un objet, les charges se séparent. La masse des noyaux est beaucoup plus grande que la masse des électrons, d’où un problème d’inertie. Ainsi, les électrons suivent mais pas le noyau qui n’a pas le temps de se déplacer.

Lorsqu’on prend une matrice solide, la lumière a un effet sur les électrons : il sont secoués. Ils poussent collectivement dans un sens ou dans un autre. Cela est rendu encore plus facile si ils ne sont pas bien attachés au noyau.
Avec une lumière bien adaptée, en terme de longueur d’onde, on peut dissocier les électrons du noyau, les détacher de la matrice. Ils sont mis en mouvement dans la matrice solide comme si ils n’appartenaient plus au noyau : ils deviennent ainsi des électrons conducteurs.
Lorsque la lumière est absorbée par un solide, on peut faire passer un certain nombre d’électrons conducteurs, tout le matériau devient conducteur. Techniquement, on dit qu’on fait passer, grâce à l’absorption de lumière, les électrons de la bande de Valence dans laquelle ils sont attachés à leur noyau, à la bande de conduction, où ils assurent le transport.

L’atome qui s’est libéré d’un électron pour le donner à la bande de conduction se retrouve avec un trou, une place vide.
Une paire électron-trou s’est crée, par dépense d’énergie.
L’objet est excité une fois qu’il a une impulsion lumineuse. Les états excités ne sont pas stables et reviennent donc à l’état initial : c’est une recombinaison. La paire électron-trou se recombine, c'est-à-dire que l’électron chargé négativement va dans le sens opposé au trou chargé positivement. Eventuellement, cela émet de la lumière.

Chimiquement, la configuration où les atomes ont un trou dans la structure électronique est différente de celle des atomes sans trou. Si l’on prend deux molécules configurées différemment, leurs propriétés chimiques différent également. La chimie faite avec l’une ou l’autre de ces molécules n’est donc pas la même.
Ces atomes « excités » sont plus réactifs.





Explication générique de l’aspect de la catalyse
C’est l’espèce excitée qui contient les sites réactionnels. Ils doivent être accessibles aux molécules de gaz, donc de façon préférentielle à la surface. Plus il y a de surface, mieux c’est.

Un petit problème…

Nous disposons d’un nombre d’atomes donné. Nous formons une sphère de volume vo, et de surface so. Avec le même nombre d’atomes, il est possible de fabriquer n sphères.
Leur surface, réduite n fois en volume est elle plus grande ou plus petite ?


La surface des petites sphères est plus grande, l’utilisation de catalyseurs microscopiques est ainsi justifiée. Si c’est la surface qui compte, le volume n’est pas à prendre en compte. Ce n’est donc pas gênant que le volume soit plus petit.

La matière excitée par les UV est une espèce chimique qui contient des molécules à une réactivité particulière. Cette réactivité est présente en volume mais c’est aussi la surface qui compte.

L’état excité est réducteur, les électrons libres, au lieu de se recombiner avec les trous se recombinent en tant que réducteurs.





On part d’une réaction. Le chemin vers la construction d’un produit passe par la construction d’intermédiaires qui sont instables. On ne les a qu’avec de l’énergie. Plus la « barrière d’énergie » (niveau de difficulté pour faire la réaction) est haute à franchir, plus il va falloir du temps.
-Chauffer, c’est apporter de l’énergie : certaines réactions marchent donc mieux lorsqu’on chauffe. La chaleur a d’autres effets : c’est pourquoi on ne l’utilise pas systématiquement.
-Il existe une autre façon de faire pour accélérer une réaction : la catalyse. Comment faire baisser les barrières d’énergie ? On utilise un catalyseur. Artificiellement, on a un mécanisme d’ascenseur.
Quand on excite le Tio2, il a une grande énergie et il s’associe facilement aux molécules de gaz, ils les aident à franchir les difficultés. Rapprocher les éléments, c’est faciliter les choses. Les enzymes sont des catalyseurs : elles rapprochent les réactifs vers leurs surfaces. »