54 / 84
© suns07butterfly - Fotolia
35 36
54
La Lettre
© B.Eymann - Académie des sciences
Philippe Sautet
Membre de l’Académie des sciences, Laboratoire de Chimie,
université de Lyon, CNRS, École normale supérieure de Lyon
La chimie est la science qui crée et casse les liaisons
entre les atomes, formant ainsi des molécules et des
solides utiles à l’homme dans le secteur de la santé, de
l’énergie et des matériaux. Les assemblages chimiques
sont formés de noyaux atomiques, constitués de protons
et de neutrons, atomes liés entre eux par les électrons.
Quelle relation avec le photon, particule élémentaire de
lumière ? L’interaction entre lumière et matière est forte,
et même fondamentale pour le principe de la vie, car
elle est à la base de la photosynthèse. Mais cette interaction lumière-matière ouvre également des
applications majeures dans le domaine de la santé, notamment en matière de diagnostic, et dans
celui de la transformation de l’énergie.
Les molécules et les matériaux absorbent les photons, avec production d’un état excité, appelé exciton.
Les niveaux énergétiques des molécules et des solides sont quantifiés. Lors de l’absorption du photon,
un électron est promu d’un niveau occupé vers un niveau électronique initialement vacant. L’absorption
de la lumière peut être totale, sur toutes ses longueurs d’onde, et le matériau est alors noir. Elle peut être
sélective sur certaines longueurs d’onde, et la couleur apparaît à partir des composantes réfléchies de
la lumière. La couleur peut être, par exemple, donnée par des molécules pigmentaires, qui absorbent
certaines parties du spectre visible de la lumière solaire. Mais que se passe-t-il ensuite ?
Utiliser l’énergie transmise lors de l’interaction lumière-matière
Le photon a installé la molécule ou le matériau dans un état de haute énergie. Le retour à l’état fondamental
peut prendre plusieurs chemins. Le plus banal est de dissiper sous forme de chaleur l’énergie acquise par
l’absorption du photon : l’énergie électronique est transmise aux modes de vibrations de la molécule ou du
matériau. C’est ce qui se passe notamment dans le cas des matériaux métalliques. Une autre possibilité,
beaucoup plus intéressante, est la réémission d’un photon, nécessairement d’énergie inférieure et donc
Chimie et lumière :
une complicité étroite