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Par Jean-François Dars & Anne Papillault

photo André Kertész

JIGGLING AND WIGGLING IN MATERIALS / FRÉMISSEMENT DANS LES MATÉRIAUX

Inanimate objects, do you have a soul? (Lamartine)

Objets inanimés, avez-vous donc une âme ? (Lamartine)

David Cahen
6 Juin, 2022
Tapuscrit...

David Cahen – Il est important de travailler sur des matériaux renouvelables, car les matériaux nécessaires pour une énergie renouvelable sont une ressource limitée. Elles sont plus limitées que cette source d’énergie renouvelable qu’est le Soleil ! Pour pratiquement tout. On doit donc les utiliser de la manière la plus sage et la plus raisonnable possible, ce qui est le contraire de ce que nous sommes en train de faire ! Sans quoi nous ne survivrons pas.

Si vous prenez un matériau comme le silicium, le plus courant en électronique, s’il se brise, s’il se casse, il n’y a rien à faire. C’est cassé. C’est donc sur cela qu’en ce moment je me concentre à fond, sur des matériaux capables de se réparer et de se guérir tout seuls. C’est quelque chose que la Nature connaît, c’est ce que fait par exemple l’ADN, mais en général, pour se guérir, on met beaucoup d’énergie dans notre corps, et il y a un matériau disponible. C’est quelque chose que nous ne pouvons pas faire avec un matériau artificiel, à base de minéraux, comme ce qu’il y a dans notre électronique, nos panneaux solaires, nos batteries et nos éoliennes.

Mais il y a des matériaux, pas seulement les polymères organiques, des matériaux inorganiques sur lesquels je travaille en ce moment, ce sont les perovskites, si vous les cassez, il suffit de les remettre ensemble pour qu’ils se réparent. Ils n’ont besoin de rien d’autre pour cela, peut-être d’un peu d’humidité, mais même pas. Mieux, si je les frappe avec un laser très puissant ou avec un faisceau de particules, ça les abîme, et ils se réparent tout seuls. Comment est-ce possible, comme si c’était une nouvelle famille de matériaux, qui nous serait encore inconnue ? On dirait du silicium dopé aux stéroïdes, parce qu’ils ont un réseau qui gigote, mais à l’état normal c’est un très beau réseau périodique. D’ailleurs ça ne gigote que très brièvement. Et c’est cette agitation qui permet aux atomes de revenir à la meilleure position énergétique, qui est la position normale. Pour moi c’est quelque chose de fantastique, qui remonte aux huit dernières années, c’est comme si une nouvelle fenêtre s’ouvrait sur les matériaux ! Il nous faut maintenant trouver d’autres familles qui en fassent autant, pour utiliser nos énergies renouvelables.

Ce n’est pas à moi de dire ce qui est exact et ce qui est inexact. Parce qu’il pourrait y avoir des moyens d’accéder à la durabilité que nous n’aurions pas prévus. Je veux seulement être sûr qu’on a compris, que tout ce que nous avons à faire, de quelque manière que ce soit, sera réalisable. C’est aussi pour cela j’ai passé beaucoup de temps, depuis vingt ans, à enseigner. À enseigner surtout pour veiller à ce que quiconque ayant une culture scientifique, sciences exactes, sciences de la vie, ingénierie, puisse devenir un observateur critique et un lecteur critique de ce qu’on nous balance soi-disant comme des faits. Ce que les politiciens en feront, c’est un problème ! Mais après tout, les politiciens sont des élus. Et nous votons pour eux. Espérons que si cela prend de l’importance dans de ce que nous voulons qu’ils fassent, nous pourrons changer les choses.

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Transcript...

David Cahen – Working on sustainable materials is important, because the materials that we need for renewable energy are a finite resource. And they are more finite than the source of renewable energy, which is the Sun! For nearly everything. So we have to use them in as wise and moderate a manner as possible, which is the opposite of what we’re doing at the moment! Otherwise, we won’t survive.

If you take a material like silicon, which is the mainstream of electronics, and it fractures, and it breaks, there is nothing you can do. Broken. So that is where at the moment I am focusing heavily on materials that can repair themselves and that can heal themselves. This is something that Nature knows, for example the DNA does it, but generally when we heal, it is because a lot of energy is put into us and there is material available to heal that. That we cannot do with a man-make material, made from minerals, like what we have in our electronics and in our solar panels, and in our batteries and in our windmills.

But there are materials, and not only organic polymers, and there are inorganic materials, and that’s that I work at the moment, they are perovskites, if you break them, and you put them together, they will heal. And they won’t need anything else to do that, maybe a little bit of humidity, but even without it. Furthermore, if I hit them with a very strong laser beam, or with a particle beam, and they will be damaged, and they will heal themselves. How can they do that, because these are a new family of materials, that we haven’t known before? It is, like silicon on steroids, because they have a lattice that wiggles and jiggles, but on the average it’s a beautiful periodic lattice. However, on a very short time scales jiggling and wiggling! That jiggling and wiggling allows the atoms to rearrange themselves in order to go back to the most energetically favourable condition, which is when they are on the average ordered. And that is for me a fantastic thing that happened in the last 8 years, it’s as if a new window on materials has opened. And we have now to try to find other families that can do that, for using our renewable energy.

I don’t want to be the one that says what’s correct and what’s incorrect. Because there might be ways to get to sustainability that I haven’t thought of. I just want to make sure that it is understood, that that’s what we have to do in whatever way will become possible. And that’s also why I spent a lot of time in the last 20 years to teach. And to teach mainly to make sure that everyone who has an education in science, exact sciences and life sciences and engineering, that they can become critical observers and critical readers of what is thrown at them as supposedly facts. What the politicians will do with it, it’s a problem! But in the end the politicians get elected. And we vote for them. And hopefully, by making this an important part of what we want them to do, we can change things.

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Chemist, David Cahen is full professor (emeritus) and runs a group at the Weizmann Institute of Science (and also at Bar Ilan University, in Israel). Today his research centers on fundamentals of materials for energy conversion, especially solar cells.

Chimiste et professeur (émérite), David Cahen dirige un groupe de recherche au Weizmann Institute of Science et également à l’université Bar Ilan, en Israël. Ses recherches actuelles se concentrent sur les propriétés fondamentales des matériaux pour la conversion de l’énergie, en particulier les cellules photovoltaïques.

We thank the Weizmann Institute, Clément Baude, Davide Ceratti and Daniel Suchet.

Nous remercions l’Institut Weizmann, Clément Baude, Davide Ceratti et Daniel Suchet.