Jacques Livage, January 4, 2001

Laboratoire de chimie de la matière condensée,

Paris, Jussieu, Tour 54 5^e étage.

Bernadette Bensaude-Vincent : Quel itinéraire vous a conduit de vos débuts dans un laboratoire de chimie des hautes températures à la «chimie douce» à température ambiante ? de la chimie du solide aux sol-gels?

Jacques Livage: D'abord mon origine n'est pas le laboratoire Collongues. Je l'ai rejoint dix ans après le début de ma thèse et à la suite d'un post-doc à Oxford. Après une formation de chimiste à l'Ecole de Chimie de Paris, j'ai préparé une thèse sur la zircone obtenue par précipitation. Ensuite je suis allé à Oxford pour étudier la résonance paramagnétique électronique - ce qui est un thème de physique. C'est en revenant que j'ai rejoint le laboratoire de Collongues.

BBV : En quelle année ?

JL: Je pense que c'était vers 1972 quand Collongues est venu s'installer à l'Ecole de chimie de Paris. J'étais sur place. Je ne connaissais pas a priori l'historique du laboratoire de Collongues. Alors pourquoi ai-je travaillé sur la chimie douce ? Il y a deux raisons.

• Cela tient à une raison personnelle. Au retour d'Oxford j'ai été journaliste scientifique à l'Usine nouvelle, à La recherche et journal Le Monde. Et c'est une idée que j'avais et que j'ai développée dans un article du Monde.
• La deuxième raison est opportuniste. Quand je suis arrivé chez Collongues, j'avais un contrat avec Kodak pour la réalisation de dorsales antistatiques qui étaient des oxydes de vanadium ayant des propriétés électriques. Il s'est avéré que pour pouvoir déposer cet oxyde, il était très commode de fabriquer des gels. C'est pourquoi je suis passé des hautes températures qui ordinairement servent à déposer des couches minces à la chimie douce. C'est donc une problématique industrielle qui a fait que je suis passé d'un thème haute-température à la chimie à température ambiante.

BBV : En arrivant chez Collongues, travailliez-vous sur contrat industriel ?

JL: Oui, il s'agissait d'un contrat Kodak qui portait sur des problèmes de mobilité électronique et la RPE que j'avais étudiée à Oxford est adaptée à l'étude des électrons. Donc j'avais une technique adaptée au problème.

BBV : Avez-vous pris des brevets?

JL: Il y a eu des brevets pris. Malheureusement Kodak a pris les brevets sans nous en parler. Cela ne s'est pas très bien passé avec Kodak. Mais c'est un procédé qui a été commercialisé et qui est toujours utilisé actuellement. Toutes les pellicules que vous achetez sont faites de cette façon.

BBV : Avez vous continué dans ce domaine ?

JL: Oui on a continué, sans Kodak. Du moins sans Kodak France, en travaillant parfois avec Kodak Etats-Unis. C'est ce sujet là qui m'a fait découvrir les gels que personne n'étudiait à l'époque. Comme c'est un état de la matière qui est assez amusant, je me suis lancé dedans. Et il se trouve qu'en même temps que je travaillais sur les gels d'oxyde de vanadium, les verriers travaillaient sur les gels de silice. On s'est rencontré et puis on a travaillé ensemble.

A ce moment-là, du côté américain, il n'y avait pas grand monde. La Materials Society à Boston comptait une cinquantaine de personnes, pas plus. En France, on a créé un groupe sol-gel au CNRS qui regroupait une quinzaine de laboratoires français. C'était dans les années 80-90. C'était vraiment le démarrage : on rassemblait des laboratoires de chimie organique et de chimie minérale. Il y a eu des séminaires, des écoles d'été. Ensuite, avec des collègues allemands, on a fait un groupe européen et ensuite ça s'est diversifié.

Le domaine s'est constitué d'abord avec les verriers (les laboratoires de recherche sur le verre qui étudiaient les gels de silice). Ensuite se sont joints les céramistes dans le domaine de Materials Science qui ont beaucoup exploité cela pour fabriquer des céramiques. Et maintenant la voie la plus prometteuse ce sont les hybrides. Par la chimie, à température ambiante, on peut mélanger de l'organique et du minéral, en gros tous les intermédiaires entre du plastique, du plexiglass et de la silice, du verre. Et parmi ces matériaux hybrides, il y a un petit volet qui ne s'est pas encore développé : celui où au lieu de l'organique on a affaire à du biologique. Il s'agit d'insérer des enzymes, des cellules, des bactéries, des choses comme ça et de les faire travailler dans du verre.

BBV: Quelles peuvent être les applications de ces hybrides ?

JL : Pour ces matériaux hybrides ce sont les applications optiques qui sont actuellement en plein essor. On met des colorants organiques dans du verre. En fait, il y a des applications réelles, commerciales : typiquement des films minces sur du verre . Il y a pas mal d'industries qui ont lancé des départements sols-gels, par exemple le CEA.

L'oxyde de vanadium a des applications multiples :

• semi-conducteur on l'utilise en film mince pour les dorsales antistatiques. C'est facile on l'étale au pinceau. Le premier brevet pour l'application en couche mince est un brevet allemand (à Iena) de 1939. Mais le procédé ne fut commercialisé qu'en 1959
• c'est l'un des rares matériaux minéraux qui présente un comportement cristal liquide
• on l'utilise comme matériau d'électrode dans les batteries au lithium. Il a un fort potentiel, 3 volts et se laisse mettre en couche mince. Il est donc envisagé pour les portables ;
• au Japon et aux USA on l'utilise aussi comme solvant pour des liants.
• Une application plus classique mais pas encore commerciale concerne l'affichage électrochrome comme l'oxyde de tungstène.

BBV : Vous avez toujours travaillé en étroite collaboration avec l'industrie. Quelles sont les modalités de votre collaboration?

JL :C'est essentiellement du financement de thèses et de post-doc. Actuellement les brevets sont pris par des industriels avec les noms des auteurs. Les brevets, les licences d'exploitation ce n'est pas nous. Nous n'en retirons aucun bénéfice financier. Nous les bénéfices que l'on a c'est

1. que l'industrie finance des post-docs,
2. qu'ils embauchent pas mal de gens qui sortent du labo. C'est quand même important pour un laboratoire de recherche et de formation.

BBV: Dans quelle mesure ces liens avec l'industrie ont-ils orienté le cours de vos recherches ?

JL: Au début, on l'a vu, c'est un intérêt industriel qui m'a aiguillé vers les gels. Mais après je ne pense pas qu'il y ait eu de virages. Les enjeux des gels sont très importants pour l'industrie et on était un des rares labos à faire de la recherche fondamentale en ce domaine. En fait c'est toute la chimie des solutions aqueuses. Toute l'industrie des céramiques, des catalyseurs des pigments utilisent déjà ces procédés mais n'en ont pas la science. On a plus apporté un savoir faire, une compréhension, une matière grise que des solutions à des problèmes directs.

BBV : Quelles sont les opérations que vous faites avec ces gels ? Quel genre de techniques utilisez-vous ?

JL : La caractérisation des gels n'est pas facile. Ce sont des systèmes qui ne sont pas cristallins.. La technique la plus importante c'est la RMN et puis l'absorption X les XAS.

La première étape c'est l'élaboration. Faire un gel c'est comme une mayonnaise, il faut le coup de main et puis il faut comprendre le pourquoi et le comment. On a un gel dans un flacon. C'est joli mais pour savoir ce qu'il y a dedans la deuxième étape c'est la caractérisation et puis après il faut voir s'il n'a pas de propriétés intéressantes. Les propriétés essentielles qu'on étudie au laboratoire sont des propriétés optiques et électriques.

BBV: Allez-vous jusqu'à l'étape de la fabrication de prototypes ?

JL : Prototype de laboratoire, non sophistiqué, oui. Mais pas les prototypes industriels. On n'est pas du tout équipé pour ça. De plus, je ne connais pas les besoins économiques. On a déposé une quinzaine de brevets sur 5 années. Mais toujours pris par les industriels. La seule fois où j'ai pris un brevet d'Etat par l'ANVAR cela a bloqué une collaboration avec Saint-Gobain.

C'est peut-être une politique personnelle mais j'ai choisi de faire de la recherche fondamentale et l'institution nous juge sur cette science.

Notre point fort c'est plutôt la matière grise. C'est de la chimie fondamentale. La chimie la plus répandue dans le monde est la chimie des solutions aqueuses. Du point de vue industriel c'est évidemment la moins chère, la plus simple. Et curieusement les connaissances théoriques là dessus sont beaucoup moins développées qu'en chimie organique.

BBV : Quels sont les problèmes théoriques soulevés par les gels ?

JL: Le problème essentiel est de savoir quelles sont les espèces que l'on a dans la solution. En général on n'a pas une espèce mais un mélange, très fugace donc des dynamiques, des cinétiques très rapides. Il n'est donc pas évident de savoir qui est important dans un bécher. Une fois que l'on a compris les mécanismes on peut maîtriser le système et fabriquer ce que l'on veut.

BBV : Comment nommer cette chimie ?

JL : "Chimie des hautes températures", c'était exclu vu qu'on travaille à température ambiante. "Chimie du solide" ne convenait plus, vu que les gels c'est de la matière molle.Chimie de la matière condensée c'était le pendant de la physique de la matière condensée pratqiuée au laboratoire de De Gennes.

BBV : Dans quelles circonstances avez vous lancé l'expression «chimie douce» ?

JL: Chimie douce est une expression que j'ai avancée du temps où j'étais journaliste scientifique. C'est une époque où j'écrivais un article dans Le Monde tous les mois. C'est le titre d'un article publié le 26 octobre 1977 dans Le Monde. C'était au moment du choc pétrolier, des problèmes d'énergie. L'idée était la suivante : ce que l'homme ave l'industrie fabrique à des hautes températures, la matière vivante le fabrique à température ambiante. Il y avait donc peut-être quelque chose à apprendre de ce côté là.

BBV: C'était donc une inspiration biomimétique ?

JL: Tout à fait. Absolument.

BBV : Quel est le devenir de cette expression chimie douce?

JL : L'expression a été reprise facilement, indépendamment de moi. Dans les milieux anglo-saxons on parle de «chimie douce» en français et non de soft chemistry. De toute façon aux USA tous ces secteurs de chimie du solide, de la matière condensée etc sont couverts par l'ombrelle Materials Science.

Sol-gel n'est que l'un des aspects de la chimie douce. Elle comprend aussi la biominéralisation, les composés d'intercalation. Rouxel avait coutume de distinguer deux classes de composés en chimie du solide :

• à précurseur moléculaire (par précipitation)
• à précurseur liquide comme les argiles ce sont les composés d'intercalation.

La chimie douce suppose toujours une phase liquide: d'où la mobilité des ions.

BBV : Dans quelle communauté êtes-vous inséré. Dans quel journaux publiez-vous ?

JL: Dans des revues de physique, le Journal of Solid State Chemistry ; Chemistry of Materials. Il existe bien un Journal of Sol-Gel Science and Technology mais il n'a pas acquis le prestige des journaux de chimie des matériaux.

Tous les deux ans, nous avons un congrès de la communauté sol-gel. Le premier a eu lieu en 1981 en Italie. 300 ou 400 personnes se réunissent. Si l'on compte que chaque laboratoire envoie environ deux personnes on peut évaluer la communauté à 3 ou 4000 chercheurs.
Les pays forts en ce domaine sont les USA (verriers et céramistes), la France et le Japon. Puis l'Allemagne, la grande Bretagne et l'Italie.

BBV : Avez vous des contacts avec la chimie des colloïdes ?

JL: Peu de contacts. La chimie des colloïdes est plus orientée vers la recherche fondamentale sur les problèmes de surface. Sol-gel, c'est très industriel. Notre chance c'est d'intéresser l'industrie tout en faisant des recherches pas trop appliquées.

BBV: Quels sont les effectifs globaux de votre labo ?

JL: Le laboratoire de chimie de la matière condensée appartient à une UMR CNRS intitulée matériaux inorganiques. Elle comprend 100 personnes en trois unités rassemblées sur la montagne Sainte-Geneviève. L'équipe de Chimie de Paris avec Noël Boffier qui fait des batteries; l'équipe de l'ESPCI avec Philippe Bosch, céramiste; et notre groupe sol-gel ou chimie de la matière condensée. L'intérêt de cette union c'est 1) qu'on développe une politique commune et ainsi on évite la concurrence ; 2) on a une bonne implantation pour le recrutement des étudiants. J'enseigne à l'ENS et Clément Sanchez à l'X ce qui permet de recruter. Sol-gel n'est pas encore un sujet académique et les jeunes ont tendance à aller vers ce qu'ils ont appris à l'école. Nénamoins les sols-gels attirent les jeunes. Ce qui dans ce temps de pénurie est un gros avantage. On a 15 thésards en moyenne. C'est un labo qui est jeune la moyenne d'âge est inférieure à 40 ans.

BBV : Quelle est la part de l'industrie dans le financement de votre laboratoire ?

JL: 1/3 vient de l'Etat et 2/3 de l'industrie mais ce ratio n'inclut pas les salaires de chercheurs qui viennent de l'Etat. On a aussi beaucoup de contrats européens. La gestion est assurée au niveau central par Jussieu.

BBV : Vous sentez vous appartenir à une communauté de chimistes ou de materials science ?

JL: Non on est clairement chimiste. En France il n'y a pas de Materials Science

BBV : Comment expliquez vous l'échec des tentatives françaises pour constituer quelque chose comme un secteur science des matériaux ?

JL: Il y a eu des efforts faits par le CNRS quand il était question de faire des commissions regroupant physiciens et chimistes. J'étais à l'époque chargé de mission pour chimie et j'ai une des réunions avec mes homologues pour la physique. Mais ça n'a jamais marché. Le public n'a pas suivi. Je pense qu'il y a eu de très bonnes collaborations entre la physique et la chimie. Le CNRS a fait plusieurs tentatives.C'est l'université qui a fait blocage. Blocage dans les structures plus que dans les mentalités. Dans les structures universitaires on est dans des départements différents. La carrière d'un physicien ne dépend pas de celle d'un chimiste.

Ce qui ne veut pas dire qu'ils ne travaillent pas ensemble. Il y a beaucoup de collaborations Par exemple ce que j'ai fait sur les cristaux liquides c'est avec des physiciens d'Orsay. Pas mal de choses en électrochimie, sur les batteries aussi avec des labos de physique mais on vit dans des commissions séparées, au CNRS et à l'Université. Donc ce sont des milieux qui ne sont pas amenés à vivre ensemble. On ne trouve rien comme ces unités aux Etats Unis qui regroupent physique, chimie et mécanique.

Par contre ce qu'on a fait avec les physiciens ce sont des filières d'enseignement, des filières matériaux. Curieusement elles ne se trouvent pas tellement dans les grandes écoles. Mais dans les universités à Montpellier, Bordeaux, Nantes. La demande est profilée en liaison avec la demande industrielle. On recrute à Bac+2 et on les porte à Bac+5. Il y a des industriels parmi les enseignants et des stages en entreprise. Il y a aussi quelques instituts matériaux : à Nantes, Strasbourg, où il y a à la fois des physiciens et des chimistes.

BBV : Quel est le contenu de l'enseignement de matériaux ?

JL : Il est orienté sur trois dominantes. Les polymères, les métaux et les céramiques.

Mais surtout il existait une forte communauté chimie du solide qui occupait déjà la place. Historiquement elle est née avec Hagenmuller et Collongues. C'est là que la chimie minérale est devenue chimie du solide. Les deux familles ennemies (les écoles de Chaudron et de Chrétien) se sont réconciliées par l'intermédiaire de leurs élèves : Hagenmuller et Collongues. Deux personnes fondamentales pour le développement scientifique et pour le fait qu'elles se soient entendues ensemble. Ils ne se sont pas tirés dans les pattes. Ils se sont épaulés. Ils ont été capables de faire une politique scientifique commune. Ce sont deux personnalités très différentes, deux styles différents avec des thèmes de recherche différents. Je crois que c'est là que la communauté s'est soudée avec ces deux rameaux qui se sont bien entendu. et les élèves des uns et des autres ont continué.

The transcription of this interview was prepared by Bernadette Bensaude-Vincent. This webpage was last updated on 22 June 2001 by Arne Hessenbruch.