Le Programme de recherche PEPR LUMA développe les interactions lumière-matière, notamment dans le domaine des applications suivantes :
- les technologies optoélectroniques (traitement et stockage de l'information)
- les matériaux durables (chimie verte, recyclage, écoconception)
- les sources d'énergie (conversion d’énergie solaire, dispositifs photocatalytiques)
- les photomédicaments (méthodes non-invasives, thérapie photodynamique, traitement du cancer).
Le PEPR LUMA est structuré autour de plusieurs actions clés :
- Des recherches thématiques autour de quatre axes : la chiralité, la photochimie et les matériaux, l’énergie et l’environnement, la santé.
- La création d’un pôle national de plateformes, constitué de deux infrastructures :
Ultrafast dédiée à la photoscience ultrarapide et à la nano-structuration de la matière par laser ;
et
Operando/Prototypage qui rassemble des instruments de caractérisation et d’analyse, ainsi que des équipements permettant l’étude et le prototypage de matériaux photoactifs et la conversion de l’énergie solaire.
Photo 1 : l’Administrateur Général du CEA le jour de l’inauguration. De gauche à droite : Catalin Miron, Antoine Petit, François Jacq et Rémi Métivier © Gautier Dufau / CNRS / CEA.
Dans le cadre du PEPR LUMA, les projets menés au sein de l’Irig sont les suivants :
- Le projet OPERANDO/PROTOTYPAGE piloté par Jean-Pierre Simorre de l'Institut de Biologie Structurale (Irig/IBS) exploite une plate-forme de résonance magnétique nucléaire (RMN) à haut champ qui peut être couplée à une illumination de l’échantillon in situ par un dispositif laser. La spectroscopie par RMN en solution est la technique de choix pour étudier à une résolution atomique des molécules issues de la chimie ou de la biologie. Des mesures RMN multidimensionnelle sous illumination permettent ainsi d’accéder à des informations sur les changements chimiques et structuraux induits par la lumière (molécules photo-sensibles, photo-activables, photo-commutables).
Photo 2 : la plateforme RMN à l'IBS (crédit CEA).
- Le laboratoire Systèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l'Énergie et la Santé (Irig/SyMMES) gère une plateforme de spectroscopie par résonance paramagnétique électronique (RPE) résolue en temps grâce à un « rapid scan » couplé à un laser, dédiée à l’étude des composés paramagnétiques impliquées dans les processus de conversion de l’énergie lumineuse (photovoltaïque, photocatalyse…).
Photo 3 : la plateforme RPE au SyMMES (crédit CEA).
- Le Laboratoire Chimie et Biologie des Métaux (Irig/LCBM) en partenariat avec l'Institut National de l'Énergie Solaire (Ines) gère la caractérisation et les essais de dispositifs photo(électro)catalytiques. Les installations comprennent une plateforme dédiée aux mesures photocatalytiques ou photo-électrocatalytiques avec irradiation solaire simulée sur petits dispositifs de production d’hydrogène ou de carburants carbonés solaires (de 1 à 25 cm2).
Photo 4 : production de biocarburant au LCBM (crédit CEA).
- Murielle Chavarot-Kerlidou (Irig/LCBM) et Philip Gotico (CEA-Joliot) pilotent le projet
SYNFLUX-LUMICALS sur le développement de systèmes photocatalytiques et photo-électrocatalytiques pour la production de carburants solaires. Il est basé sur une approche inspirée de la nature visant à mieux comprendre, contrôler et synchroniser les réactions allant de l’absorption des photons, à la création, au transport, et à l’utilisation des charges au travers d’interfaces hybrides.