Molécules et matériaux photochromes : présentation, caractéristiques et applications

Lorsqu’un matériau possède la capacité de changer de couleur suite à une absorption de lumière, celui-ci est qualifié de photochrome. Après arrêt de l’irradiation, le retour à la couleur d’origine du matériau peut s’opérer soit spontanément, soit par une nouvelle stimulation lumineuse de nature différente. Les changements de couleur induits par la lumière peuvent également s’accompagner de la variation d’autres propriétés physico-chimiques du matériau (indice de réfraction, fluorescence, réponse mécanique....) permettant une commutation contrôlée, et à distance, de ces mêmes propriétés. C’est grâce à cette versatilité, que le photochromisme permet d’élargir sans cesse le panel des possibilités en termes d’applications industrielles.

Dans un premier temps, le concept de photochromisme et les différentes familles de photochromes organiques sont introduits. Ensuite, les déterminations expérimentales des paramètres photochromes sont détaillées : rendement quantique, constante de vitesse du retour thermique, signature spectrale de l’état photostationnaire, résistance à la fatigue.

Puis, cet article traite, à travers quelques exemples choisis, comment moduler les caractéristiques cinétiques et photochimiques photochromes via une compréhension accrue des mécanismes réactionnels. Cette compréhension repose sur l’utilisation des spectroscopies transitoires ultrarapides en combinaison avec la chimie computationnelle moderne centrée sur les états excités. Une fois cette compréhension atteinte, un dialogue constructif avec la synthèse organique permet de modifier judicieusement la molécule pour accorder ses propriétés avec les applications visées. Sachant que beaucoup d’études préliminaires se font en solution, la mise en œuvre du matériau (sous la forme d’un monocristal, d’un film polymère, d’une couche mince) qui conserve les propriétés cibles est donc une étape délicate. Quelques exemples sont abordés pour illustrer cette problématique.

Enfin, diverses applications sont passées en revue. Outre les lunettes de soleil à teinte variable, exemple connu du grand public, différents exemples d’application des molécules photochromes, qui exploitent bien plus que le changement de couleur, sont mentionnés : création de machines moléculaires, textiles intelligents ou nouveaux modes de délivrance de médicaments.