Prof. Bao-Lian Su will assume the presidency of the International Mesostructured Materials Association (IMMA) for the second consecutive term (each term lasting 2 years). The congress brought together several hundred scientists from over 20 different countries. Prof. Bao-Lian Su had already been elected President of the IMMA Association in 2021 at the 11th International Congress on Structured Materials. He was the first Belgian to receive this honor. He received the prestigious "IMMA Award" for his significant contribution to the development of mesostructured materials. He is the first Belgian to have received this honor. This new term as IMMA President ends in 2026.

The congress focused on applications such as energy storage and conversion, biotechnology, applications in catalysis, environmental aspects such as adsorption/separation and gas purification.

Prof. Su has created a new family of mesoporous materials recognized by the scientific community under the name "CMI". This is a family of mesoporous materials based on silica and metal oxides synthesized from a highly innovative "polyoxyethylene alkyl ether" surfactant under very mild conditions.

Prof. Su's team was the first to use this type of surfactant as a mesoporous structure-directing agent. The team also pioneered the field of hierarchical porous materials by discovering the formation phenomenon that led to the creation of a new family of hierarchical porous materials with three or four different porosities of interconnected sizes incorporated into a single solid material. Currently, this new family of materials constitutes a new area of research of great interest in the field of energy conversion and storage (batteries and photocatalysis) but also in the field of CO2 capture and recovery by catalysis.

Recently, Prof. Bao-Lian Su organized the launch of the new BatFactory project portfolio, funded under the Walloon Recovery Plan.

BatFactory aims to produce batteries and battery components for stationary electrical energy storage and collective applications. The project aims to leverage the Walloon region's R&I expertise to support the development of local companies. At the same time, it aims to produce high-performance materials for instrumented storage batteries using intelligent, environmentally-friendly processes that enhance circularity. The project is part of the stimulus package and reflects the researcher's commitment to innovation and sustainable energy solutions.

Tout le monde connaît le pointeur laser à lumière rouge.  On préfère pourtant souvent la version « lumière verte », car elle est plus lumineuse.  La lumière en est éjectée par un processus de laser infra-rouge traditionnel que l’on fait passer par un cristal qui la transforme en lumière verte.  C’est ce qu’on appelle le phénomène de génération de 2ème harmonique.  Cette propriété est à la source du développement de nouvelles spectroscopies, de nouveaux modes de transmission et de traitement des données, y compris par des molécules dites intelligentes, utilisées à l’échelle moléculaire ou comme senseurs.  On pense par exemple à l’imagerie médicale par fluorescence, où l’analyse du contraste des éléments de l’image peut être améliorée par ce type de procédé.

En utilisant des méthodes de simulations numériques mixtes, combinant mécanique classique et mécanique quantique, l’équipe internationale de chercheurs a pu démontrer le rôle des mouvements des molécules (leurs fluctuations structurales) sur leurs propriétés. Cet aspect de la dynamique est novateur car les études précédentes se limitent à des structures « rigides ».  Ces phénomènes ont été analysés dans différentes situations où l’environnement moléculaire joue un rôle qui peut être prépondérant.  Des molécules organiques sous différentes formes ont été utilisées : en solution, sous la forme de petits agrégats, dans des bicouches lipidiques, sous la forme de monocouches auto-assemblées et également des polymères.  Ces composés ont été utilisés car ils peuvent être facilement modulés par synthèse, ce qui permet d’optimiser ou de maximiser leurs propriétés.

Les résultats de ces recherches permettront d’améliorer l’interprétation des spectres, des signaux et des observations expérimentales dans une série de cas mais aussi de concevoir de nouvelles molécules aux propriétés optiques non linéaires améliorées.

•    Frédéric Castet | Université de Bordeaux, CNRS, France
•    Claire Tonnelé | Donostia International Physics Center (DIPC), Espagne
•    Luca Muccioli | Université de Bologne, Italie
•    Benoît Champagne | Institut NISM, Université de Namur, Belgique

Benoît Champagne est Professeur au Département de chimie de l’Université de Namur et membre du Namur Institute of Structured Matter (NISM).  Ses domaines d’expertise sont la chimie théorique, la structure électronique et les propriétés moléculaires et polymères, les spectroscopies vibrationnelles et électroniques et l’optique non linéaire.

Malgré le développement rapide des dispositifs dentaires (implants, bridges, couronnes) au cours des 40 dernières années, plusieurs complications se produisent encore, telles qu’une mauvaise intégration de l’implant dentaire dans l’os (ostéointégration) ou des infections touchant environ 20% des patients, et entraînant une défaillance de l'implant. De plus, la formation de biofilms bactériens en surface des implants augmente le risque d'inflammation, qui peut induire une perte osseuse. Le but de ce projet est d'améliorer la performance clinique des implants dentaires en titane en concevant, développant et validant de nouvelles couches multifonctionnelles, qui seront à la fois antibactériennes et capables de favoriser la formation de tissus osseux sains (ostéoinductives). 

« L'originalité de l'approche proposée est que les revêtements sur les implants en titane se feront par un procédé de dépôt par plasma, un gaz ionisé », explique le professeur Laurent Houssiau. « Le titane a été sélectionné principalement pour sa biocompatibilité reconnue avec les cellules et les tissus, mais également pour ses propriétés mécaniques, semblables à l’os. La partie supérieure de l’implant (le pilier) sera recouverte à l’Université Laval, d’une couche carbonée dure contenant de l’oxyde de zinc, pour garantir une efficacité antibactérienne à long terme. La partie inférieure de l’implant (la vis) sera recouverte à l’Université de Namur d’une couche innovante déposée également par plasma, présentant une concentration variable obtenue en modifiant progressivement les paramètres du plasma pendant le dépôt.  C’est ce que l’on appelle une « couche à gradient de composition ».  Ainsi, un revêtement compact de type oxyde de titane sera déposé sur la vis et sa composition évoluera progressivement vers un revêtement poreux et riche en carbone à la surface de l’implant traité, qui sera en contact avec l’os », poursuit-il.  « De plus, de l’oxyde de zinc antibactérien, sera codéposé afin de garantir un effet à court et moyen terme.  Ces couches à gradient permettront donc une transition douce entre le titane et l’os, améliorant ainsi l’ostéointégration de l’implant tout en évitant les infections.  Une part importante du projet sera consacrée à la validation biologique, par des études in vitro, de la biocompatibilité, de l’activité antibactérienne et de l’ostéointégration des dépôts.  Ces caractérisations biologiques permettront de guider la phase d’optimisation du dépôt, à travers une rétroaction constante », se réjouit-il.

Ce projet permettra donc la mise au point de recouvrements antibactériens innovants et biocompatibles, avec des propriétés mécaniques, une stabilité, une dureté et une élasticité capables de soutenir les charges élastiques de l’implantation et de la mastication. 

Le consortium de recherche est constitué des équipes des deux promoteurs du projet, renforcées par les deux équipes des cochercheurs et cochercheuses.

Le promoteur québécois du projet est le Prof. Diego Mantovani, directeur du Laboratoire de Biomatériaux et de Bioingénierie (LBB) à l’Université Laval (Québec).  Il est un spécialiste en sciences des matériaux, se consacrant principalement à l'étude, à l'application et à la modification des propriétés des matériaux pour les implants destinés au remplacement et à la régénération des tissus malades.  Ses intérêts scientifiques englobent les interactions entre la surface des matériaux et l'environnement biologique ainsi que la modification des propriétés de surface par traitement au plasma.

Le promoteur wallon du projet est le Prof. Laurent Houssiau, membre de l’Institut NISM et directeur de l’unité de recherche LISE de l’Université de Namur.  Il est aussi spécialiste en sciences des matériaux, avec un focus particulier sur l’étude des surfaces et interfaces des matériaux.  Il est expert dans les techniques de caractérisation de surface à l’aide d’ions et d’électrons, donnant une information sur la composition et la structure de la matière à l’échelle du nanomètre (milliardième de mètre).  Il est aussi spécialisé dans les techniques de dépôt par plasma et développera l’approche originale des couches à gradient de composition.  Son groupe collabore depuis plus de dix ans avec le LBB de Diego Mantovani.

Le Groupe de recherche en écologie buccale à l’Université Laval, de la Faculté de médecine dentaire, est spécialisé dans les essais d’activité antimicrobienne et le développement de nouvelles thérapies pour les pathologies des tissus buccaux.  Le laboratoire dispose des équipements nécessaires à la croissance bactérienne dans des conditions in vitro.  Vanessa Houde est la chercheuse principale associée au projet.

Enfin, le Namur Nanosafety Center de l’institut NARILIS de l’Université de Namur est un centre de recherche qui vise à développer la recherche appliquée et fondamentale dans les domaines thérapeutiques et la nanotoxicologie.  Le groupe possède une solide expérience en toxicologie des nanoparticules et des nanorevêtements, tels que ceux qui seront produits dans le cadre de ce projet.  Les chercheurs principaux associés au projet sont le Dr. Julie Laloy et le Prof. Jean-Michel Dogné.

Ingénieur civil physicien et Docteur en sciences appliquées, Laurent Houssiau est nommé chargé de cours à l’Université de Namur en 2000 et devient professeur ordinaire en 2010.  Il s’est spécialisé dans la caractérisation des surfaces et interfaces de matériaux, à l’aide de spectrométries ioniques et électroniques appliquées à tous types de matériaux, allant des semiconducteurs aux tissus biologiques.  Son autre domaine de recherche est le dépôt de couches minces de polymères, oxydes ou nanoparticules par plasma. 

Laurent Houssiau est titulaire de 9 unités d’enseignement dans 3 facultés (sciences, médecine et sciences économiques et gestion).  Il est actuellement directeur du département de physique, pour la troisième fois, et a été vice-président puis président de l’institut NISM.  En marge de ses activités principales à l’université, Laurent Houssiau s’investit dans la lutte contre le réchauffement climatique au travers de conférences grand public et dans son enseignement du cours de climatologie.

Connaître l'énergie de la lumière absorbée par une molécule permet de comprendre sa structure, ses états quantiques, son interaction avec d'autres molécules et ses éventuelles applications technologiques. Les molécules ayant une forte probabilité d'absorber simultanément deux photons de lumière de faible énergie ont un large éventail d'applications : comme sondes moléculaires en microscopie à haute résolution, comme substrat pour le stockage de données dans des structures tridimensionnelles denses ou encore comme vecteurs dans des traitements médicinaux.

L'étude du phénomène par des moyens expérimentaux directs présente toutefois des difficultés. C'est pourquoi des simulations informatiques sont réalisées pour compléter la caractérisation spectroscopique. En outre, les simulations offrent une vision microscopique difficilement accessible dans les expériences. Le problème, c’est que les simulations impliquant des molécules relativement grandes nécessitent plusieurs jours de traitement sur des supercalculateurs ou des mois de traitement sur des ordinateurs conventionnels.

Pour surmonter cette difficulté, une méthode de calcul alternative a été proposée par le physicien Tárcius Nascimento Ramos et ses collaborateurs et a été publiée dans The Journal of Chemical Physics.

"Nous avons évalué les performances d'une méthode largement utilisée au cours des dernières décennies mais négligée aujourd'hui en raison de son caractère approximatif", explique le chercheur.

La méthode actuellement dominante est la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Il s'agit d'un outil théorique largement utilisé en mécanique quantique, qui permet de décrire les propriétés électroniques de systèmes complexes en utilisant la densité électronique du système, sans devoir recourir aux fonctions d'onde individuelles de chaque électron.

"La méthode alternative que nous avons utilisée est INDO-S [Intermediate Neglect Differential Overlap with Spectroscopic Parameterisation]. Elle est basée sur la fonction d'onde du système moléculaire, mais la résout approximativement. Certaines parties des calculs complexes et coûteux sont remplacées par des valeurs tabulées obtenues en ajustant les données spectroscopiques expérimentales. Cette méthode est donc très efficace pour l'étude théorique de composés moléculaires de grande taille", explique Tárcius Ramos.

Pour évaluer l’applicabilité de la méthode, il faut savoir que la molécule étudiée, dérivée du stilbène, comporte plus de 200 atomes de carbone, d'oxygène et d'hydrogène. Outre le nombre de composants, qui rendrait les simulations conventionnelles extrêmement laborieuses et coûteuses, ces grandes molécules présentent une complication supplémentaire. Elles sont flexibles et leurs changements de conformation (comme la torsion) modifient leurs propriétés électroniques.

Titulaire d'un doctorat de l'Institut de physique de l'Université de São Paulo (IF-USP) en 2020, M. Ramos est actuellement chercheur postdoctoral F.R.S.-FNRS à l'Université de Namur.

"Dans le cas de la microscopie, l'imagerie a une résolution beaucoup plus grande, ce qui permet de caractériser les tissus profonds en endommageant moins les structures environnantes. Dans le cas du stockage de données, la haute résolution permet de créer des structures tridimensionnelles avec beaucoup de précision et de détails, ce qui permet d'encoder des points à l'intérieur de matériaux avec une haute densité de données par volume", explique le chercheur.

Outre la bourse de doctorat accordée au chercheur, l'étude a été soutenue par la FAPESP (équivalent du FNRS au Brésil) dans le cadre de deux autres projets.  Elle a également fait l’objet d’un communiqué de presse dont cet article est un extrait.

Les intérêts de recherche du NISM couvrent divers sujets dans le domaine de la chimie organique et physique, de la chimie des matériaux, de la science des surfaces, de la chimie du solide et de la physique, tant d'un point de vue théorique qu'expérimental.  Le NISM permet l'échange d'idées et de compétences dans le domaine de la synthèse et de la fonctionnalisation de systèmes moléculaires et de nouveaux matériaux (de 0 à 3D), la conception rationnelle de solides ayant une architecture et des propriétés de surface spécifiques ainsi que le développement de techniques avancées pour l'étude de leurs propriétés physico-chimiques.