Laboratoire PPSM : Innover à la frontière des matériaux et de la lumière pour répondre aux enjeux de demain

Des molécules pour détecter et protéger l’environnement

L’une des priorités du PPSM est le développement de nouvelles sondes moléculaires fluorescente pour la détection de polluants environnementaux. Des molécules fluorescentes, capables de détecter des ions métalliques toxiques comme le césium ou le cadmium à de très faibles concentrations ou encore des pesticides (atrazine, glyphosate), ont été ou sont en cours de développement. Ces systèmes ouvrent la voie à des applications prometteuses pour la surveillance des eaux contaminées, avec une  sensibilité inégalée, notamment à travers des dispositifs intégrés dans des puces microfluidiques qui permettent la conception de capteurs miniaturisés.

Vers des dispositifs luminescents innovants

Le laboratoire s’intéresse également aux applications liées aux dispositifs luminescents. Les chercheurs du PPSM travaillent sur des matériaux électrofluorochromes et des molécules avec des propriétés d’émission spécifiques pour les technologies d’affichage, de capteurs ou encore de sécurité. Par exemple, la brumisation de fluorophores synthétisés au laboratoire pour la détection d’empreintes digitales constitue une avancée majeure dans la criminalistique. Ce procédé est en effet utilisable directement sur le terrain, sans traitement préalable, tout en augmentant la sensibilité de détection.

Une approche pluridisciplinaire pour des solutions pionnières

En collaboration avec d’autres disciplines comme les sciences humaines et sociales, le PPSM s’est engagé dans des projets variés, incluant la restauration du patrimoine. L’étude des matériaux anciens par des techniques de photoluminescence permet une meilleure compréhension des pratiques anciennes de conservation des œuvres d’art et des textiles archéologiques, ouvrant la voie à des méthodes de restauration plus écologiques. Cette spécialité renforce la dimension interdisciplinaire du laboratoire en associant chimie et patrimoine culturel.

Applications biologiques et biomédicales

Une autre dimension des recherches du PPSM touche à la biologie et à la médecine. Les chercheurs ont conçu des sondes fluorescentes pour l’imagerie. Ces molécules sont utilisées pour suivre des processus biologiques tels que la transmission neuronale ou pour la détection de maladies, mais aussi pour photodélivrer un principe actif. Ils explorent aussi la synthèse de nouvelles molécules et matériaux capables d’améliorer le stockage et la conversion d’énergie dans des contextes biomédicaux, avec des applications allant de la détection de neurotransmetteurs aux agents de contraste pour l’imagerie.

Avancée des connaissances fondamentales

Les recherches du PPSM contribuent significativement à l’avancée des connaissances dans des domaines scientifiques clés comme la photochimie, la fluorescence, la reconnaissance moléculaire, mais aussi le développement d’instrumentation spécifique couplant plusieurs techniques. En associant ces domaines à des compétences en synthèse organique et en électrochimie, le laboratoire joue un rôle fondamental dans la conception de nouvelles molécules et matériaux, tout en étudiant leurs propriétés à différentes échelles spatio-temporelles grâce à ces instrumentations, allant de la détection de molécule individuelle aux dispositifs complexes.

Nouvelles pistes de recherche

Le PPSM continue d’explorer des matériaux intelligents capables de répondre à des stimuli mécaniques, lumineux ou électriques. Les chercheurs travaillent actuellement sur des systèmes photomécaniques, où la lumière peut induire des changements de forme dans des matériaux. Cette avancée pourrait ouvrir la voie à des applications dans des dispositifs optiques ou des muscles artificiels. De plus, des recherches sur la combinaison de nanomatériaux plasmoniques et de molécules redox et/ou fluorescentes promettent des percées dans la détection ultra-sensible, notamment pour des capteurs biologiques et environnementaux et le contrôle tout optique de phénomènes de conversion de lumière.

Principaux faits marquants

Un des résultats phares du PPSM est la création de sondes fluorescentes capables de détecter des composés toxiques dans des milieux variés, avec des applications pour la protection de l’environnement. En parallèle, l’unité a réussi à concevoir des systèmes photochromes (activables par la lumière) ou électrofluorochromes (activables par un potentiel électrique), avec des applications dans la sécurité, l’affichage ou le stockage de l’énergie. Ces succès ont permis de renforcer les collaborations internationales, notamment avec des équipes au Japon et aux États-Unis, ouvrant la voie à de nouveaux dispositifs à haute performance.

Collaborations avec des entreprises

Le PPSM (ENS Paris-Saclay, CNRS) collabore avec plusieurs entreprises pour accélérer la mise en application de ses découvertes scientifiques. Parmi les collaborations clés :

• Crime Science Technology – En partenariat avec cette entreprise spécialisée en criminalistique, le PPSM a développé une méthode innovante de détection d’empreintes digitales latentes. Cette technologie repose sur la brumisation d’un fluorophore permettant de révéler rapidement des empreintes invisibles sur des scènes de crime, offrant un gain de temps et une précision accrue pour les forces de l’ordre.
• Safran – Dans le cadre de recherches sur les matériaux photochromes pour des applications dans l’optique et l’énergie, le laboratoire collabore avec Safran. Ce partenariat a permis de développer des matériaux neuromorphiques « tout-optique », capables de moduler leur couleur en fonction de la luminosité ambiante, un avantage pour l’aéronautique et d’autres industries nécessitant des systèmes intelligents.
• SATT Paris-Saclay – Grâce au soutien de cette société d’accélération du transfert de technologies, le PPSM a pu développer des dispositifs de détection dans l’industrie agroalimentaire, notamment pour détecter des composés odorants comme l’odeur de verrat dans la viande porcine.

Collaborations avec des organismes de recherche

En plus de ses collaborations industrielles, le PPSM collabore avec plusieurs organismes de recherche pour approfondir ses découvertes et développer de nouvelles applications scientifiques :

• CEA Saclay – En collaboration avec le CEA, le PPSM travaille sur le développement de matériaux luminescents chiraux utilisables dans des dispositifs optoélectroniques innovants. Ces recherches se concentrent notamment sur la création de systèmes plus performants pour les technologies de stockage et de conversion d’énergie.
• ESRF, Grenoble et Synchrotron SOLEIL – Le PPSM participe activement aux recherches sur les matériaux anciens et les œuvres d’art. Grâce à ces grandes installations et à un contrat européen en cours, le laboratoire a pu approfondir ses études sur les pratiques anciennes de conservation de textiles et de peintures, en lien avec des approches de restauration plus respectueuses de l’environnement.

Collaborations internationales

Le PPSM s’appuie sur des collaborations internationales solides, notamment avec :

• Université de Kumamoto, Université Aoyama Gakuin, Nara Institute of Science and Technology, Japon – Ces collaborations portent notamment sur l’amplification de la fluorescence dans des systèmes photocommutables. Les chercheurs ont développé des molécules capables d’extinction et de restauration complète de la fluorescence sous l’effet de l’irradiation, ouvrant la voie à des technologies d’imagerie super-résolue.
• CNR Lecce, Italie – Cette collaboration s’inscrit dans le cadre du développement de matériaux moléculaires émissifs pour des applications optoélectroniques.
• Université de Séville, Espagne – Cette collaboration porte sur la synthèse de sucres photocommutables et leur utilisation dans les cellules pour le traitement de certaines maladies.

Ces partenariats académiques et industriels, tant au niveau national qu’international, renforcent la position du PPSM en tant qu’acteur majeur dans l’innovation scientifique et technologique dans tous les domaines où la fluorescence peut apporter une solution aux défis de détection, d’imagerie, de conversion ou de stockage d’énergie.