Gaëlle Le Fer, lauréate du programme Emergence@INC 2026

Votre projet Fast-crystals étudie la formation de grands monocristaux de matériaux poreux organiques appelés COF. Pouvez-vous nous en dire plus sur ces matériaux ?

En effet, nous travaillons à l’élaboration de matériaux de la famille des Covalent Organic Frameworks, également appelés COF. Obtenus pour la première fois en 2005, ces matériaux organiques poreux et cristallins ressemblent à des nids d’abeilles, mais avec des pores de quelques nanomètres. Leurs propriétés (porosité élevée et légèreté) en font des matériaux envisagés pour de nombreuses applications comme le stockage de gaz, la séparation moléculaire, la catalyse, la détection, l'électronique optique, l'encapsulation et la délivrance de molécules bioactives. Les COF sont cependant le plus souvent obtenus sous forme de poudres ou de films polycristallins dont la porosité n’est ni orientée ni très accessible. Les défauts dans leur structure et la difficulté à les mettre en forme restent un frein majeur à leur exploitation. Une astuce que nous explorons consiste à développer des matériaux hybrides qui associent les COF à des polymères. L’ajout d’un polymère judicieusement choisi permet par exemple d’orienter la cristallinité des COF et donc leur porosité dans une direction spécifique. Le polymère permet aussi la formation de particules de différentes formes, notamment des sphères creuses, que nous avons nommées « COFsomes », par analogie aux polymersomes. Sous l’action de stimuli externes, nous avons observé que ces sphères peuvent se réorganiser très rapidement en gros bâtonnets de plusieurs dizaines de micromètres et monocristallins donc « sans défaut ». De telles structures n’avaient jusqu’ici été obtenues qu’après plusieurs jours voire semaines de synthèse et uniquement pour une classe de COF peu cristallins très différente de celle que nous étudions. L’origine de cette réorganisation quasi-instantanée et les mécanismes de transformation des « COFsomes » en batônnets et matériaux monocristallins feront l’objet de ce projet.

En quoi cette recherche est-elle émergente et à risque ? 

La grande complexité des matériaux hybrides COF-polymères micrométriques que nous étudions réside dans le caractère quasiment instantané de leur réorganisation. Afin de mieux comprendre ces phénomènes et en tirer profit pour concevoir des structures monocristallines « à la carte », il est cependant essentiel de caractériser les étapes de la transformation, avec des techniques de caractérisation qui nécessitent souvent un temps d’acquisition plus long que le phénomène lui-même. Il va donc falloir ruser pour reconstruire l’histoire de chaque échantillon, par exemple, en ralentissant les phénomènes à basse température ou en diluant fortement le système pour le figer dans des états intermédiaires, mais rien n’est certain ! Nous allons également explorer les techniques de microscopie électronique environnementale pour tenter d’obtenir une observation en temps réel, une « vidéo », de ces transformations.

Quelles pourraient-en être les principales retombées ?

Le projet Fast-crystals permettra de comprendre et de manipuler la formation de structures monocristallines et micrométriques inédites dans les matériaux hybrides COF-Polymères. Ces structures devraient s’accompagner de nouvelles propriétés telles qu’une forte fluorescence, des pores bien plus accessibles pour y stocker plus de gaz ou encore des caractéristiques pertinentes pour des applications dans le domaine de l’opto-électronique. Après plusieurs années à étudier la formation de nouvelles structures COF-polymères, je souhaite, dans un avenir proche, orienter mes recherches vers leurs applications en nouant des collaborations pour concevoir et exploiter ces matériaux fonctionnels.

Rédacteur : AVR