Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay

Présentation de l'ICMMO



En cours de réactualisation ...

Les équipes indépendantes scientifiquement, mènent leurs activités de recherche suivant leurs domaines de compétences. Néanmoins, l’ensemble des activités se développera selon 4 axes transversaux visant à concilier recherche fondamentale et applications bénéfiques pour la société :

  1. Chimie et Santé
  2. Energie
  3. Information
  4. Environnement 

 

Chimie et Santé

» Coordinateur : David Bonnaffé

» Equipes mobilisées sur ce thème :
       Synthèse Organique et Méthodologie
       Procédés et Substances Naturelles
       Catalyse Moléculaire
       Chimie Bioorganique et Bioinorganique
       Glycochimie Moléculaire et Macromoléculaire
       RMN en milieu orienté

L’ICMMO possède tous les savoir-faire nécessaires à l’élaboration par des méthodes originales, de molécules cibles énantiomériquement pures et à l’analyse de leur interaction avec les biomolécules. La compréhension de ces interactions enzyme/substrat, protéine/sucre ou protéine/protéine est à la base de la mise au point des médicaments du futur. Chimie organique et la méthodologie, maîtrise de la chiralité, chimie des sucres et des complexes métalliques. Autant de savoir-faire que possèdent les chercheurs de l’ICMMO, sans oublier la détection de la chiralité par RMN, qui joueront un rôle essentiel et synergique pour le développement de médicaments, métallodrogues, biocapteurs, enzymes artificiels… Le rôle moteur de nos chimistes dans les étapes permettant de passer d’une « touche » à une « tête de série » (optimisation moléculaire, tests in vitro, in cellulo et in vivo), ainsi que dans sa mise en forme moléculaire (prodrogues, vectorisation, préparation de puces et de biocapteurs), sera également un ressort primordial des recherches développées dans les prochaines années. Seront ainsi privilégiés dans les années à venir.

La synthèse de nouvelles molécules : synthèse totale de molécules biologiquement actives (oligosaccharides, alcaloïdes et analogues), préparation par des voies originales (catalyse énantiosélective, mémoire de chiralité, photochimie…) d’acides aminés non naturels, conceptions rationnelle ou optimisation moléculaire d’inhibiteurs ou de ligands de protéines (nouveaux glycoconjugués anti-inflammatoires, chimères sucre-protéine ciblant le VIH), utilisation de la chimie combinatoire dynamique, ou classique, et préparation de nanoparticules à surfaces combinatoires pour identifier de nouvelles structures présentant une activité modulatrice de l’assemblage des fuseaux de tubuline ou de la migration des métastases.

La mise en forme des molécules représentera un axe de recherche très actif : modification de surfaces par des molécules pour les rendre bioactives ou pour élaborer des outils de diagnostic (détection de la thrombose, d’AND viraux…), vectorisation de principes actifs par couplage avec des mimes de RGD ou des oligosaccharides, préparation de prodrogues, présentation multivalente de composés oligosaccharidiques pour potentialiser leur effet.
Enfin, le développement de nouvelles méthodes d’imagerie cellulaire ou d’horloges moléculaires témoin du vieillissement cellulaire constitueront de nouveaux axes de recherche originaux, ainsi que le développement perpétuel de nouvelles analyses de RMN en milieu orienté.

Chimie et Energie

» Coordinateur : Pierre Millet

» Equipes mobilisées sur ce thème :
       Glycochimie Moléculaire et Macromoléculaire
       Chimie inorganique
       Etude des Matériaux Hors Equilibre
       Physicochimie de l’Etat Solide

Là aussi, l’ICMMO possède, par le biais des équipes mentionnées ci-dessus, un certain nombre d’expertises qui l’autorisent à penser qu’il peut participer de manière extrêmement importante à résoudre un problème qui s’avère de plus en plus crucial pour notre société : l’énergie. L’ICMMO pense même créér  progressivement, comme il sera évoqué plus loin, une équipe centrée sur ce thème. Pour l’heure, les quatre aspects principalement développés mêleront harmonieusement recherche académique et recherche appliquée et seront soutenus par le biais de contrats (européens, ANR, industriels) qui financeront thèses et stages post-doctoraux.

Hydrogène vecteur énergétique
Les activités de recherche développées sur la thématique « hydrogène-énergie » concernent (i) la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau ; (ii) la purification par perméation gazeuse à travers des membranes métalliques; (iii) le stockage, le transport et la distribution de l’hydrogène sous forme d’hydrures métalliques ; (iv) la co-génération chaleur-électricité à l’aide de piles à combustible H2/O2 ; (v) les systèmes électrolyseur-pile réversibles.

Photo-électrochimie, photo-fuels
Les activités de recherche développées sur la thématique « photo-électrochimie, photo-fuels » concernent (i) le développement de modules catalytiques pour l’oxydation de l’eau, la réduction de protons et la réduction de CO2 ; (ii) les techniques d’assemblage des modules pour le développement de dispositifs moléculaires photoactifs ; (iii) l’étude des propriétés photophysiques (équipe mixte CEA – UPS) ; (iv) l’élaboration de nouvelles Electrodes pour l’Electrolyse de l’Eau Photo-assistée.

Transport et stockage de l'énergie électrique
Les recherches sur les oxydes supraconducteurs à haute température critique ont pour objectifs (i) une meilleure compréhension de la physique sous-jacente à partir de l'étude de monocristaux ; (ii) l'optimisation de composites alliage/oxyde. Les activités de recherche développées sur la thématique « batterie lithium » concernent (i) la synthèse de nouveaux matériaux d’intercalation ; (ii) leur caractérisation structurale et électrochimique ; (iii) la caractérisation de batteries lithium-ion d’intérêt industriel.

Nouveaux  matériaux de structure
Les études envisagées portent sur la caractérisation mécanique et microstructurale d'alliages et de matériaux composites légers destinés à diminuer les besoins énergétiques des moyens de transport. Elles concernent également de nouvelles techniques d'assemblage de ces matériaux. De nouveaux alliages destinés aux centrales nucléaires de 4ème génération sont également en développement.

Chimie et Information

» Coordinateur : Bertrand Poumellec

» Equipes mobilisées sur ce thème :
       Procédés et Substances Naturelles
       Catalyse Moléculaire
       Chimie Bioorganique et Bioinorganique
       Glycochimie Moléculaire et Macromoléculaire
       Chimie Inorganique
       Etude des Matériaux Hors Equilibre
       Physico-Chimie de l’Etat Solide

L’information est devenue un domaine pluridisciplinaire, impliquant la chaîne suivante : détecteurs (de propriétés physiques, chimiques et biologiques), acheminement local de l'information (physique et sciences des matériaux), traitement de cette information (optique, mathématique), transport (optique, chimie des matériaux), distribution (optique), interfaçage avec l'utilisateur (affichage, ergonomie, chimie biologique, organique, transduction) et enfin stockage.
Il se trouve ainsi, que l'axe information fédère à l’ICMMO depuis plus de 15 ans  des expertises dans un bon nombre de ces disciplines : maîtrise des propriétés des molécules et des solides magnétiques ou multiferroïques, les interactions moléculaires, maîtrise de l'interaction laser-verre et enfin la simulation. L’axe information est donc un axe important pour l'Institut. Il donne lieu à des activités de recherche parmi les meilleures au niveau international et constitue le 1er axe en terme financier avec des activités fondamentales à fort contenu valorisable à court terme (contrats européens (5), ANR (6) et industriels). Son activité va s’intensifier lors du prochain quadriennal aussi bien pour améliorer les systèmes d'information que pour son traitement, dans le domaine du solide, bien sûr, mais aussi dans le domaine des sciences du vivant, les espèces vivantes constituant les systèmes d'information les plus élaborés que l'on connaisse. Ainsi, on observera une montée en puissance de plusieurs domaines : le calcul intensif avec un développement très important des équipements du projet CINAPS, les nanomachines, les activités à base de sucre, ou encore l'interaction laser-verres avec le montage d'une plateforme laser femtoseconde en relation avec le Conseil Général de l'Essonne.

Certaines activités seront financées dans le cadre du RTRA Triangle de la Physique : nano-commutateurs déclenchables à la lumière en collaboration avec le CEA, enregistrement 3D en relation avec le groupe MaNoLiA (Roosen), fonctionnalisation des métaux avec le groupe MaCSyBio-Matériaux, Composants et Systèmes pour la Biophotonique du Laboratoire Charles Fabry de L'Institut d'Optique, fonctionnalisation de surfaces permettant la détection d'informations, avec le Laboratoire des Collisions Atomiques et Moléculaires (UPS) et l'équipe SPCSI du DRECAM au CEA.

Des collaborations se développeront dans le cadre du PRES UniverSud Paris : l’équipe de chimie inorganique avec l'Université Versailles Saint Quentin (groupe des solides moléculaires photocommutables), l’équipe de Physico-Chimie de l’Etat Solide avec le groupe Mécanique des Matériaux et des Structures pour le calcul des structures d'indice de réfraction inscrites par laser dans les verres de silice. L’équipe de Glycochimie Moléculaire et Macromoléculaire mènera un projet commun avec l'Equipe d'Assemblage Moléculaire de Thiais pour la reconnaissance moléculaire, porte de sélection d'informations.

L'ICMMO bénéficiera également de collaborations internationales à travers des contrats européens comme par exemple le projet SOPRANO (Spin and Orbital Physics : research of advanced oxides, ITN Marie-Curie) ou l'extension du projet FLAG (Femtosecond Laser Applications in Glasses, FET-STREP).
Les collaborations avec le LCP devraient se développer, dans le domaine des Nanosciences et de la Chimie pour le calcul, notamment pour le développement de l'ordinateur quantique ou massivement parallèle. L'expertise présente à l'ICMMO devrait sur certains points (maîtrise de la synthèse asymétrique et des lasers impulsionnels) être utile et exploitée de manière fructueuse dans des collaborations entre les deux Instituts. Enfin, la chimie combinatoire dynamique développée depuis quelques années à l'ICMMO devrait être mise à profit dans l’élaboration d’ordinateurs biologiques. En effet, dans ce cas, on cherchera à réaliser un grand nombre de réactions à partir, d'une part, de produits qui codent les conditions de départ et d'autre part, de catalyseurs ou d'inhibiteurs qui codent les contraintes de calcul.

Chimie et Environnement

» Coordinateur : Marie-Christine Scherrmann

» Equipes mobilisées sur ce thème :
       Procédés et Substances Naturelles
       Catalyse Moléculaire
       Chimie Bioorganique et Bioinorganique
       Glycochimie Moléculaire et Macromoléculaire
       Chimie Inorganique
       Physico-Chimie de l’Etat Solide

Ayant nommé en juin 2008 un nouveau professeur sur un profil “chimie verte” (Marie Christine SCHERRMANN), l’ICMMO s’engagera résolument lors du prochain quadriennal sur la voie de la chimie “respectueuse de l’environnement ». Ceci inclura divers aspects  évoqués ci-dessous :

  • Le développement de nouvelles méthodes de synthèse intégrant les principes de la chimie verte. Plusieurs stratégies seront développées dans le sens d’une évolution progressive et constante vers des procédés  non polluants tels que : la catalyse moléculaire : utilisation de catalyseurs métalliques énantiosélectifs; la biocatalyse (utilisation des enzymes en synthèse, bioconversions) : métalloprotéines artificielles pour l’oxydation sélective de molécules organique (J-P MAHY), utilisation d’enzymes pour la synthèse d’oligosaccharides et modification des sucres par des sulfotransférases (C. LE NARVOR) , l’utilisation de liquide ioniques chiraux élaborés à partir de sources naturelles provenant de l’industrie sucrière et la chimie sous micro-ondes (Giang VO THAN) , la chimie supportée en phase aqueuse (M-C. SCHERRMANN)
  • La dépollution : le traitement des effluents aqueux industriels et particulièrement la dégradation oxydante des chlorophénols sera poursuivie par des voies enzymatiques (peroxydases encapsulées dans des marices polymériques , M. THERISOD) ou catalytiques (complexes métalliques bio-inspirés, F. BANSE).

 

D ’autres stratégies extrêmement novatrices vont également être initiées :
B. Vauzeilles, va initier un projet tourné vers la préparation de nouveaux matériaux issus de la biomasse. L’équipe de Synthèse Organique et Méthodologie, dirigée par D. Aitken, qui n’était pas encore impliquée dans cet axe transversal va développer un projet de Synthèse – Photochimie et Organocatalyse, en collaboration avec des laboratoires de Reims (N. Hofmann) et Lyon (O. Piva). Ce sujet consiste à développer une méthodologie novatrice et performante pour l’obtention de molécules à haute valeur ajoutée en synthèse fine par le biais d'un procédé tandem organocatalyse-photochimie.