Le XIXe siècle fut l'époque des matériaux durs, à base de métaux comme le fer et l'acier; ils représentent la première révolution industrielle. Au XXe siècle Staudinger propose le concept d'un nouveau matériau, la macromolécule; commence alors les discussions sur son essence. Dans la deuxième moitié du XXe siècle la macromolécule remplace peu à peu les matériaux «durs » traditionnels dans quasiment tous les domaines d'applications sous forme notamment de plastiques. Les matériaux non rigides qui profitent des fonctionnalités de cette macromolécule pour sa souplesse se développent dans différents champs d'applications: sous les formes des dispositifs à cristaux liquides, de gels, de biomatériaux, de composants organiques électroniques, etc.

Aujourd'hui, le rôle des «matériaux mous » utilisant les macromolécules est extrêmement important dans notre vie quotidienne; et ils attirent l'attention ce temps-ci quand à leur peu d'impacts sur l'environnement vis à vis de la production, de la consommation et du recyclage dans la société.

D'autre part, la seconde révolution industrielle se base aussi sur les semi-conducteurs composés de silicium, matière inorganique, qui est apparu dans la deuxième moitié du XXe siècle, et à qui l'on doit toutes les techniques informatiques. Pour les matériaux durs comme les métaux ou la matière inorganique, on a systématiquement élucidé leur structures et propriétés physiques au moyen de théories et grâce aux différentes techniques analytiques. Tandis que pour les matériaux mous une étude systématique est rendue difficile pour élucider leurs structures et leurs propriétés physiques; finalement, on vient seulement de commencer une étude systémique. Les raisons pour lesquelles un telle étude a été retardée proviennent du fait que cela a pris du temps pour pouvoir élucider les structures hiérarchiques complexes et leurs propriétés dynamiques. La caractéristique principale des matériaux mous est que la structure hiérarchique complexe est formées par des interactions de toutes sortes entre les molécules le composant, ce qui donne une propriété dynamique correspondant à la structure hiérarchique même, et fournit une fonction, une caractéristique, unique à celui-ci.

Les propriétés et fonctions des matériaux dépendent énormément de la condition et de la propriété de la surface, de son interface, ainsi que du contenu des matériaux. L'interface formée par la surface des matériaux mous existe partout autour ne de nous, elles sont caractérisées par le fait qu'elles sont formées principalement par des macromolécules organiques sur une épaisseur limitée ayant des propriétés dynamiques. Les études réalisées jusqu'à présent supposent que cette interface souple a aussi elle même différentes fonctions. Ces propriétés fonctionnelles importantes, tel les capacités de mouillage, le frottement et l'abrasion, l'adhésion, les propriétés électriques, optiques et la biocompatibilité, sont fortement dominées par la structure et les propriétés de cette interface souple.

Par conséquent, afin d'optimiser les propriétés des interfaces souples, il est indispensable de pouvoir manipuler à notre guise leurs structures et donc leurs propriétés physiques. Néanmoins, la science dans son avancée n'a pas encore permis de réaliser cela; et il est fortement souhaitable que des études systématiques soient faites sur les structures et les propriétés physiques pour un contrôle minutieux de la structure de l'interface souple.

Les interfaces souples découvertes dans la nature montrent dans leur comportement des caractéristiques et des réponses dynamiques excellentes par rapport à celles créées en matières artificielles. Ces interfaces souples naturelles de haute fonctionnalité sont, par exemple, (1) les membranes des phospholipide à la surface des vaisseaux sanguins assurant l'antithrombogénicité, (2) les surfaces lubrifiantes des hanches, (3) la surface de la feuille de lotus montrant une grande hydrophobicité et de nature autonettoyante, (4) la cuticule de certains coléoptères dans le désert, qui sont capables de capter l'eau de l'air grâce au gradient de l'énergie de surface de leurs ailes, (5) la surface répondant aux stimulations de la dionée attrape-mouche, (6) l'adhésivité du pied des moules (l'adhésif qui colle dans l'eau), (7) la belle et fine membrane de la laque naturelle crée par la sève du toxicodendron vernicifluum, ou arbre à laque. Ces surfaces et interfaces montrent des propriétés uniques qu'il est impossible de reproduire parfaitement avec les matières synthétiques ; car à ce jour, les connaissances scientifiques pour y parvenir sont encore insuffisantes.

Avec pour cet arrière plan, le projet «ERATO » (Exploratory Research for Advanced Technology ou Recherche Exploratoire pour Technologie Avancée, de la Japanese Science and Technology Agency), dont je suis le principal Directeur de recherche, a démarré l'année dernière. Ce projet a pour objet d'étudier les propriétés des interfaces dans trois directions. Une première équipe, sous la Direction de M. Motoyasu KOBAYASHI, poursuit les recherches concernant le dessin moléculaire qui produira de nouvelles interfaces souples plutôt que de copier simplement celles de la nature.

La deuxième équipe, sous la Direction de M. Hiroomi WATANABE, vise à élucider le rôle de la structure hiérarchique de surface de l'interface souple qui est caractéristique dans la nature, et à établir un moyen de contrôler cette structure hiérarchie afin de créer des interfaces souples artificielles de hautes qualités. La troisième équipe vise à analyser les mécanismes en jeux des molécules sur les surfaces; tel que le mouvement, le frottement et l'adhésion, par une technique dispersive et spectrographique. Cette équipe cherche à développer une technique pour tenter d'élucider, au niveau de molécule, le mouvement dynamique qui intervient sur l'interface de matière souple, en utilisant le rayonnement synchrotron du «SPring-8 », le grand établissement Synchrotron de troisième génération, ou l'accélérateur de proton à haute intensité du «J-PARC », afin de mettre au claire les phénomènes et mécanismes interagissant sur la surface.

La recherche de base concernant ces interfaces vient de commencer. Le projet a pour objet d'établir des bases scientifique afin d'élucider la nature de l'interface souple, surfaces qui sont très importantes au niveau des sciences et des technologies. Il est prévisible que la relation entre la structure et la propriété physique de nouvelles interfaces souples sera mis au clair que si l'on dispose d'un moyen de recherche approprié, soit en utilisant le J-PARC, ou le Spring-8, les plus grands et efficaces établissements de recherches disponibles dans le monde, ou un autre dispositif propre au projet, afin de développer rapidement la recherche dans ce domaine.

Les applications technologiques de ces recherches sont prévues pour dans les dix ou quinze prochaines années. Applications qui devraient amener plus de sécurité à nos sociétés vis à vis de l'environnement; des applications telles que «des systèmes de lubrification écologiques, sans solvants organiques car utilisant l'eau », «des surfaces résistantes aux salissures et aux microbes dans différents milieux », «des techniques de nano enrobages aux propriétés de frottements des enrobages parfaitement contrôlées », «une technique pour l'angioplastie coronaire (par traitement à l'aide de stent) à l'aide d'un fil de guide auto-lubrifié », «développer des adhésifs d'origine naturelle utilisables dans l'eau », et «introduire la nano technologie dans les arts traditionnels, tel que la laque Japonaise ».

La recherche interdisciplinaire a établi un nouveau domaine scientifique, «la science des matières de l'interface souple ». Nous sommes certains que cela contribuera aux applications dans différents domaines tels que le matériel et matériaux médicaux, les matériaux électronique, les matériaux pour l'automobile, les micro/nano machines, la science des surfaces et les arts traditionnels.

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