Des nouvelles règles de design pour les polymères conducteurs

Directeur de recherche au CNRS et rattaché au laboratoire Moltech-Anjou, Charles Cougnon est lauréat d’un appel à projets de l’Agence nationale de la recherche (ANR). Son projet Echo-Mix vise à repenser la structure moléculaire des polymères conducteurs pour améliorer le stockage d’énergie des batteries.

Charles Cougnon, directeur de recherche au CNRS et rattaché au laboratoire Moltech-Anjou, et Sarah Couppoussamy, doctorante.Les batteries de nos ordinateurs et téléphones portables sont faites avec des matériaux coûteux (lithium, cobalt, graphite), dont l’extraction minière affecte gravement les écosystèmes terrestres et aquatiques. Pour y remédier, le projet de recherche Echo-Mix, lancé en octobre 2025, vise à inventer de nouveaux matériaux plus écologiques, qui concilient performance énergétique et respect de l’environnement.

En ce sens, à Moltech-Anjou, Charles Cougnon et les membres de son équipe Echo se penchent sur la mise au point de solutions organiques, à base de carbone donc, pour faciliter la conversion et le stockage de l’énergie. « L’objectif de ces recherches est de faire émerger des technologies alternatives et l’une d’elles concerne les batteries organiques à base de polymères conducteurs », précise le chercheur.

Un polymère est composé de molécules répétées, appelées monomères, qui sont le plus souvent composées d’atomes de carbone, d’oxygène ou encore d’hydrogène. Les matériaux qui contiennent les polymères sont omniprésents dans notre quotidien (polyester, films plastiques, isolants) en raison de leurs excellentes propriétés mécaniques.

« L’ambition est de reconsidérer les polymères comme des matériaux conducteurs, ajoute Charles Cougnon. Ils doivent être capables de transporter à la fois les ions et les électrons car ces deux types de charges électriques sont essentiels au bon fonctionnement d’une batterie. Mais on ne connaît pas encore les leviers moléculaires sur lesquels agir, donc il faut trouver de nouvelles règles de design. »

« Un pari audacieux »

Pour améliorer la densité d’énergie de ces polymères et en faire de bons candidats pour le stockage, les chercheur∙es veulent « nanostructurer » le polymère, c’est-à-dire modifier sa surface à l’échelle nanométrique, afin de lui donner de nouvelles propriétés physiques. Aujourd’hui, cette nanostructuration est réalisée le plus souvent après la formation du film polymère, mais ce procédé énergivore affecte les propriétés du matériau.

Dans le projet Echo-Mix, la nanostructuration est obtenue pendant la formation du polymère en une seule étape. Pour cela, les chercheur∙es utilisent un monomère en étoile, dont la forme 3D et la composition chimique déterminent directement la nanostructuration du matériau. Ce monomère intègre ainsi dès le départ le « programme » nécessaire pour que le polymère final, rigide et moins amorphe, combine conductivité ionique et électronique pour restituer la charge électrique avec une bonne densité d’énergie et de puissance. En clair : les ions et électrons circulent plus efficacement dans le polymère, permettant à la batterie de se charger plus vite, de stocker plus d’énergie et plus longtemps.

« Le défi n’est pas que chimique, il est aussi instrumental, conclut Charles Cougnon. Le projet ambitionne de mesurer simultanément les conductivités ionique et électronique dans le même polymère lors d'un cycle de charge-décharge. Ça n’a jamais été fait, car les dynamiques de ces deux modes de conduction sont très différentes. Le pari est audacieux, il s’agit de tester une hypothèse qui s’appuie essentiellement sur de la modélisation. »