This wonderful initiative is the result of a reflection on the integration of quantum chemistry courses at the University of Sfax initiated by Professors Mahmoud TRABELSI (University of Sfax and alumnus of the University of Namur), Besma HAMDI (University of Sfax) and Benoît CHAMPAGNE (University of Namur). The reflection has been matured over the last two decades, during which time several students from Pr. TRABELSI's team have stayed at Pr. CHAMPAGNE's laboratory.

The aim: to add a computational quantum chemistry component to their research into synthetic chemistry, including syntheses from biobased substances.

A PhD student in chemistry at the University of Sfax, Dhouha ABEIRA, is also involved in the project. She is doing an ERASMUS+ internship in Pr. CHAMPAGNE's laboratory to study the optical properties of molecular crystals.

Students were introduced to the calculation of reaction energies and the simulation of UV/visible absorption spectra. These two applications are typical of activities in quantum chemistry, as they are directly linked to the understanding of reaction phenomena and the development of new compounds for molecular optics.

Emphasis has also been placed on certain technical aspects of the calculations in order to train students in the development of computational protocols according to the questions addressed.

The courses were delivered by an inter-university team.

For the Department of Chemistry at the University of Namur:

• Professor Benoît CHAMPAGNE, Director of the Laboratoire de Chimie Théorique (LCT) of the Unité de Chimie Physique Théorique et Structurale (UCPTS);
• Dr. Vincent LIÉGEOIS, for remote IT support and whose suite of programs DrawSuite, a series of applications designed to provide tools for analyzing molecular structures and properties, was much appreciated;
• Frédéric WAUTELET of the Plateforme Technologique de Calcul Intensif (PTCI) for remote computing support and who has prepared a cluster (pleiades) dedicated to training.

For the University of Sfax Chemistry Department:

• The Dr. Mohamed CHELLEGUI, from the organic chemistry laboratory, for preparing practical work;
• Dhouha ABEIRA, PhD student in chemistry, for preparing practical work and assisting students from Sfax.

The teaching teams warmly thank the International Relations teams at the University of Namur and the University of Sfax for their help in setting up and monitoring the ERASMUS+ project.

The aim of this FNRS-funded research project (PDR) is to deepen knowledge of the complex crystalline phases of simple salts. The project aims to strengthen international research activities, which began in 2016 and led to the publication of the first results in Nature in 2021. Read the article online...

FK phases have been known since 1959 as a large family of metal alloys, but the study demonstrated that simple pharmaceutical molecules can crystallize with similar complexity, something not previously known.

With this new project, the researchers aim to go one step further, using mainly solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) and X-ray diffraction (XRD) techniques on powders and single crystals. This study will be carried out in collaboration with other researchers at the NISM Institute (Nikolay Tumanov, Carmela Aprile and Johan Wouters), as well as collaborators working in other countries, such as Riccardo Montis (University of Urbino, Italy) and Simon Coles (Director of the National Crystallography Service (NCS), University of Southampton, UK).

The research project (PDR) "NPN cofactor synthesis and roles" is at the interface between fundamental biochemistry and enzymology. It is based on the recent discovery, by a team at UCLouvain, of a new cofactor, named NPN, with a highly original structure. It is a dinucleotide bearing a nickel complex. It is involved in important enzymatic reactions, but little is known about its reactivity, biosynthesis and mechanism of action. Moreover, it is present in 20% of bacterial genomes and 50% of Archaea (archaeobacteria) genomes, but only a tiny fraction of the enzymes employing it have been characterized.

The research project is based on the complementary expertise of Benoit Desguin (UCLouvain, biochemistry) and Stéphane Vincent (bio-organic chemistry). The main aim of the project is to understand the role and mechanism of this cofactor through biochemical, structural and kinetic studies. Analogues of the NPN cofactor will be synthesized by the UNamur team: they will be designed to elucidate the mode of interaction and reaction of the NPN cofactor with the enzymes employing it.

This research project (PDR) is a co-promotion of Professors Tom Leyssens (UCLouvain) and Johan Wouters (UNamur). It aims to bring the process of uprooting by crystallization into the era of "green chemistry".

Uprooting is a term used in chemistry to describe the process of separating a racemic mixture into its two enantiomers, i.e. the chiral (left and right) forms of a molecule. In the pharmaceutical industry, 50% of marketed drug compounds contain a chiral center, which is essential to their functioning. When one enantiomer has the desired pharmacological effect, the other may be inactive or have undesirable effects. For this reason, new drugs are often marketed as enantiopure compounds (i.e. free of their impure "chiral twin").

The most common way of obtaining chiral drugs still involves the formation of a racemic mixture. This can then be produced by chemical or physical separation techniques, with a yield loss of 50%. If the compound in question is "racemizable", the unwanted enantiomer can technically be converted back into a racemic mixture, resulting in a theoretical yield of 100%. Over the past decade, various crystallization-based uprooting methodologies have been developed. However, all these methods require the use of large quantities of solvent, as they are crystallization processes.

This research aims to take these processes to the next level, not only by making them more efficient (less time-consuming), but also by bringing them into the realm of "green chemistry". To this end, the researchers are proposing mechanochemical variants for conglomerates and racemic compounds.

These processes will be

• Inherently "green", since the unwanted enantiomer is transformed into the desired enantiomer;
• Enabled by mechanochemistry, which eliminates the need for solvent, making them "greener" than solution-based methods.
• The "greenest" possible, thanks to their efficiency (very fast timescale and low energy consumption).

This funding will enable the acquisition of high-throughput isothermal titration calorimetry (ITC) equipment, unique in the Wallonia-Brussels Federation. This is a high-resolution, non-destructive method enabling complete characterization of the chemical details of an interaction in solution.

His acquisition will enable UNamur chemists, but also their collaborators, to analyze any bond, in a vast field of application, extending from biochemistry to supramolecular chemistry.

"ONL molecular switches "in all their states": from solutions to functionalized surfaces and solids."

This PhD thesis within the Theoretical Chemistry Laboratory (Department of Chemistry) and the Multiscale Modeling through High-Performance Computing (HPC-MM) Cluster of the NISM Institute aims to develop innovative multiscale computational methodologies to study and optimize multistate and multifunctional molecular switches, key components of logic devices and new generations of data storage technologies.

In addition to variations in linear optical responses, it is advantageous to consider changes in nonlinear optical responses (NLOs), which enable high-resolution data readout while avoiding their destruction. The main objective is to predict and interpret the ONL responses of these molecular switches in different matter environments, namely in solution, grafted onto surfaces and in the solid state.

In addition, particular attention will be paid to modeling defects and orientational disorder within materials to better represent real-world conditions. These predictive methods will be validated experimentally through close collaborations with synthesis and characterization teams.

Research at NISM revolves around a variety of research topics in organic chemistry, physical chemistry, (nano)-materials chemistry, surface science, optics and photonics, solid-state physics, both from a theoretical and experimental point of view.

Researchers' expertise is recognized in the synthesis and functionalization of molecular systems and innovative materials, from 0 to 3 dimensions.

These research topics, which Professor Guillaume Berionni's Laboratoire de Réactivité et Catalyse Organométallique (RCO) team is working on, are located at the frontier between organic, organometallic, heterochemistry (Group 13 and 14 elements), and coordination chemistry, and are advancing the development of new concepts in homogeneous catalysis.

These research projects are financed by various funding bodies, including the FNRS, the European Union via the ERC, or the Wallonia-Brussels Federation.

Guillaume Berionni is also a member of the Namur Institute of Structured Matter - NISM (Pôle FSM). He currently leads a research team of 14 PhD students, post-docs and master's students.

A year after receiving prestigious funding from the European Research Council (ERC) for his B-Yond project, Prof Guillaume Berionni was appointed a Fellow of the prestigious European chemistry society Chemistry Europe in early 2024. This distinction makes him the new representative for Belgium for a period of 2 years.

Congratulations to him and his team!

• Guillaume Berionni Belgian representative at the European Chemical Society: Read article...
• An ERC Consolidator fellowship for Guillaume Berionni's B-YOND project: Read article...

From September 10 to 12, 2025, the 1st MG-ERC conference will take place. The Main-Group Elements Reactivity Conference (MG-ERC) is a new meeting, created to bring together researchers working in the fields of main-group chemistry, coordination chemistry and inorganic chemistry to discuss new concepts, ideas and trends in these dynamic fields, and to establish links and collaborations.

Cet article a été réalisé pour la rubrique "Enjeux" du magazine Omalius #26 de septembre 2022.

« Homo sapiens a toujours extrait des ressources du sous-sol », rappelle Johan Yans, directeur du Département de géologie de l’UNamur et vice-président de l’Institut ILEE (Institute of Life, Earth and Environment). « Cela est même tellement important pour lui qu’il a calibré toutes les époques historiques en fonction de ce qu’il extrayait : âge de pierre, de cuivre, de bronze, de fer, âge des combustibles fossiles et aujourd’hui âge de l’électron, puisque nous extrayons désormais tous les éléments du tableau de Mendeleïev, pour la fabrication de nos objets usuels. » Selon les experts du GIER (Groupe International d’Experts sur les Ressources), équivalent du GIEC en matière de ressources, notre consommation en métal, mais aussi en matières non métalliques extraites du sous-sol est appelée à doubler lors de la transition des combustibles fossiles vers les énergies renouvelables.

« Les matières métalliques comme le lithium sont aujourd’hui indispensables pour les piles électriques ; le cobalt, le nickel et le manganèse constituent l’essentiel des futures batteries », illustre Johan Yans. « Tous les métaux classiques comme le cuivre, l’argent ou l’or sont aussi présents dans le matériel high-tech. Quant aux matières non métalliques, il y a notamment le sable, nécessaire aux panneaux photovoltaïques, mais aussi l’argile, le calcaire... »

Parallèlement à la diminution de notre consommation de combustibles fossiles, une augmentation de nos besoins en matières non combustibles fossiles est à prévoir. « Tout ce qui est électrique nécessite ces matières. Or, les énergies renouvelables et le high-tech sont basés sur l’électricité. Bien sûr, cette problématique n’existerait pas si demain, nous n’avions plus besoin de voitures électriques et de smartphones : on reviendrait alors à ce qui fut l’essentiel de l’histoire d’Homo sapiens qui a vécu sans électricité jusqu’à il y a seulement un siècle... », rappelle-t-il.

Au Département de géologie de l’UNamur, les chercheurs travaillent spécifiquement à caractériser les ressources métalliques et non métalliques de certains gisements (y compris l’eau), afin d’en favoriser la meilleure extraction possible, dans un objectif de gestion durable. « Il y a environ 150 carrières inscrites au plan de secteur en zone d’extraction en Wallonie, ce qui veut dire qu’il y a une carrière tous les 10 kilomètres sur 10 en moyenne. Mais nous n’extrayons plus aucun métal : seulement des sables, des argiles, des craies pour la sidérurgie, la construction, la verrerie, etc. Les matières métalliques sont extraites à l’étranger. Le Département de géologie travaille beaucoup en collaboration avec le Maroc, la Tunisie, la RDC, l’Algérie, la Nouvelle-Calédonie. Enfin, nous essayons de conscientiser la population quant à la totale dépendance européenne liée aux matières premières géologiques, qui se paie d’un point de vue économique et géopolitique, ce qu’on voit particulièrement bien depuis février 2022 et la crise ukrainienne. »

Comme les gisements ne sont pas des puits sans fond, les processus de recyclage sont un autre point d’attention pour les chercheurs. Au fil du temps, les teneurs et tonnages des gisements (soit l’étendue du gisement, mais aussi le pourcentage de métal contenu dans chaque parcelle) diminue « tout simplement parce que les gens qui sont passés avant nous, comme les Romains, ont pris les meilleures parties... » raconte Johan Yans. « Bien sûr, la technologie nous permet aujourd’hui d’extraire plus de matière utile d’un seul caillou, poursuit-il, mais extraire du cuivre dans un gisement où il y en a de moins en moins va tout de même coûter de plus en plus cher. Nous essayons donc de développer le recyclage, avec le désavantage que même si vous recyclez 90 % de la matière, après le septième cycle, vous n’en avez plus que la moitié. Sans compter les difficultés qu’il y a à recycler des métaux présents en grande variété, mais en faible quantité comme dans les téléphones portables, par exemple, qui comptent environ 50 métaux différents...»

Au Département de chimie, l’équipe de Bao-Lian Su s’est penchée sur la possibilité d’utiliser certaines alternatives chimiques au lithium. Les batteries aux lithium-ion (LIB) utilisées dans les GSM ou les voitures électriques sont en effet composées de ce métal extrait en sous-sol et qui pourrait venir un jour à manquer. Sans compter la capacité de stockage limitée de ces batteries au lithium. Les chercheurs de l’UNamur ont donc pensé à le remplacer par... du sodium. « Eh oui, du sel !, explique Bao-Lian Su. On en trouve en quantité très importante sur notre planète. Les batteries au sodium existent déjà, mais notre nouvelle technologie permet de faire voyager deux particules chargées au lieu d’une. De plus, nous avons développé un nouveau matériau de stockage innovant. » Grâce à ce nouveau matériau, l’énergie peut être stockée ou libérée pendant la charge et la décharge, ce qui n’est pas le cas pour les batteries aux ions sodium conventionnelles. « Ces batteries au sodium dual-ions présentent un potentiel émergent par rapport aux batteries au lithium traditionnelles pour la prochaine génération de systèmes de stockage d'énergie électrochimique en raison de leur haut voltage, de leur densité d'énergie élevée, de leur faible coût et de leur respect de l'environnement », résume Bao-Lian Su.

Au Département de physique, Michaël Lobet et Luc Henrard travaillent sur un projet de vitres intelligentes qui permettraient de réduire la consommation énergétique des bâtiments. « On sait que 35% de la déperdition de l’énergie dans un bâtiment se fait par les vitres, explique Michaël Lobet. Nous travaillons donc sur l’électrochromisme, c’est-à-dire la capacité de moduler la couleur d’une vitre en appliquant une tension électrique. » Aujourd’hui, les vitres électrochromes conventionnelles fonctionnent déjà pour la lumière visible. Mais le rayonnement solaire n’émet pas que dans le visible : 50 % de l’énergie du soleil est émise dans l’infrarouge. Nos yeux ne la voient pas, mais notre corps y est sensible puisque nous sentons la chaleur... « Le but est de différencier la chaleur et la lumière et que les propriétés des vitres puissent être modulées en tenant compte de cette partie invisible », poursuit le chercheur. Ces vitres dynamiques pourraient donc permettre à la fois de contrôler la chaleur qui sort des bâtiments, mais aussi celle qui entre : l’utilisation de climatiseurs au cours des fortes chaleurs constitue en effet, au même titre que le chauffage lors des périodes plus froides, une dépense énergétique importante.

Si ce projet est ambitieux, il en est encore aujourd’hui au stade de la recherche fondamentale. « Dans le domaine de la recherche sur les matériaux, il se passe en moyenne 15 ans entre le laboratoire et l’application, rappelle Luc Henrard. Je reste donc très prudent. » « Il faut rester modeste, acquiesce Michaël Lobet. On apporte une petite pierre pour le bénéfice global. Pour ma part, je pense néanmoins qu’on pourra résoudre une partie du problème climatique par la technologie. » Si Luc Henrard partage l’idée que la recherche a un rôle à jouer dans la transition énergétique, le facteur temps le rend plus pessimiste. « Nous n’avons plus de temps devant nous : on l’avait, mais on ne l’a plus. Les matériaux dont nous parlons peuvent être développés dans 10 ou 15 ans, mais l’urgence est à deux ou trois ans... » Comme il le constate chaque jour, la plupart des jeunes chercheurs ne conçoivent d’ailleurs plus la recherche en dehors des enjeux écologiques, qu’ils considèrent comme un impératif. Le désir de « consacrer une partie de son intelligence à une cause plus grande que soi » comme le dit Michaël Lobet est devenu unanime.

Enfin, dans l’un de ses domaines de spécialités qu’est l’informatique, l’UNamur réfléchit aussi à des pratiques plus durables puisque ce secteur est considéré comme quasi deux fois plus polluant que l’aérien...

« Il y a deux aspects à prendre en compte », résume le chercheur Benoît Frenay. « D’abord, l’aspect matériel, c’est-à-dire les ordinateurs, smartphones et autres terminaux que nous produisons et qu’il faudrait idéalement recycler. Deuxièmement, le software, c’est-à-dire les logiciels dont certains consomment beaucoup de ressources, mais qui est une consommation plus compliquée à mesurer, car elle transite via des serveurs, de même qu’avec le cloud, tout se fait sur un autre ordinateur. »

Difficile aujourd’hui de calculer l’empreinte écologique de services de streaming ou d’applications comme Teams. « Il faudrait avoir une petite jauge, comme on en a sur les machines à lessiver. Avec l’augmentation du prix de l’énergie, les gens font des sacrifices, mais en matière d’informatique, cette conscientisation n’a pas lieu. » Une piste serait la mise au point d’un écoscore informatique.

« C’est quelque chose de très complexe à mettre en place, car il faut tenir compte de l’ensemble du cycle. Mais si l’on pouvait par exemple comparer la consommation de deux plateformes concurrentes comme Netflix et Amazon Prime, les entreprises seraient elles-mêmes obligées de trouver des solutions moins énergivores. On pourrait imaginer une échelle comme il en existe pour les appareils électroménagers, un classement de A à F. » Pour ne plus dépenser autant d’énergie les yeux fermés.

Économiste à l’UNamur, Étienne de Callataÿ considère l’augmentation des prix de l’énergie comme une opportunité pour la transition énergétique. À condition d’adopter les politiques sociales qui vont avec.

Idéalement, nous aurions la sagesse de changer nos comportements et donc de réduire notre consommation d’énergie fossile, même quand l’énergie fossile est bon marché. Mais cette sagesse, nous ne l’avons pas. C’est donc l’augmentation des prix qui va nous faire changer de comportement et rentabiliser les énergies alternatives. Jusqu’il y a peu, on isolait sa maison par idéalisme et non par calcul économique. Aujourd’hui, on peut le faire pour l’une ou l’autre raison, ou pour les deux.

Cette augmentation est un mal pour un bien et en même temps un mal tout court... Car si la cause est l’envahissement et la destruction de l’Ukraine, c’est un mal pour un mal. Mais la conséquence positive est l’impact sur nos changements de comportements. On sait que les voitures commercialisées dans les années 80 consommaient moins que les voitures commercialisées dans les années 60, tout simplement parce qu’entre les deux, il y a eu une forte augmentation des prix de l’essence. L’histoire montre que l’augmentation des prix de l’énergie contribue à l’efficacité énergétique.

Chaque fois que nous allons prendre des mesures pour réduire les prix de l’énergie, nous ferons un cadeau à monsieur Poutine. C’est une erreur sur le plan géopolitique et environnemental. À mon sens, le prix de l’énergie doit rester élevé et il faut un accompagnement social lié aux revenus. Une personne qui gagne 1000 euros et en consacre 200 à se chauffer, il faut qu’elle puisse avoir 1200 euros de revenus afin qu’elle soit libre de garder la même consommation énergétique qui passerait à 400 euros ou de mettre un pull en plus et de ne payer alors que 350 euros tout en consacrant 50 euros à autre chose. Il faut qu’elle soit libre de changer de comportement ou pas. Si l’on subventionne directement l’énergie en réduisant la fiscalité, on dissuade les gens de changer de comportement tout en pénalisant les énergies renouvelables.

Cet article est tiré du magazine Omalius #26 (septembre 2022).