Matière molle : un univers essentiel au cœur des recherches de PSL
Depuis janvier 2025, l'Université PSL développe de grands programmes de recherche pour explorer des questions scientifiques et sociétales majeures. Avec METASOFT MATTER, chercheurs en physique, chimie, mécanique, design et IA unissent leurs expertises pour mieux comprendre la matière molle - gels, mousses, plastiques, béton - et imaginer matériaux intelligents, robots souples ou solutions face aux microplastiques et au CO₂.
Un entretien à lire pour saisir tout le potentiel de ce champ en pleine expansion!
Propos recueillis auprès des porteurs et porteuses du Grand programme :
Tatiana Budtova (Mines Paris - PSL)
Elie Hachem (Mines Paris - PSL)
Matthieu Labousse (ESPCI Paris - PSL)
Frédéric Lechenault (ENS - PSL)
Cécile Monteux (ESPCI Paris - PSL)
La “matière molle”, c’est un terme qu’on entend peu en dehors des laboratoires. De quoi s’agit-il ?
La matière molle, soft matter en anglais, est un terme inventé dans les années 1970 par la physicienne Madeleine Veyssié.
La matière molle, c’est tout ce qui n’est ni vraiment solide ni vraiment liquide : gels, mousses, dentifrice, béton, matière plastique… On la croise tous les jours sans y penser.
Un yaourt, par exemple, ne coule pas comme de l’eau mais n’est pas non plus dur comme un caillou.
Ce qui rend ces matériaux particuliers, c’est leur structure : ils sont composés d’éléments minuscules, entre quelques nanomètres (un milliard de fois plus petit qu’un humain) et quelques micromètres (l’épaisseur d’un cheveu). Ces petits éléments influencent la manière dont les matériaux se déforment à grande échelle.
La matière molle inclut aussi le vivant. Le corps humain est un bon exemple : on est fait à 70% d’eau, et pourtant on ne s’effondre pas sous notre poids !
Pourquoi ce champ est-il aujourd’hui si crucial pour la science et la technologie ? Quels grands enjeux ou ruptures ce programme cherche-t-il à anticiper ?
La matière molle est partout dans notre quotidien, ce qui explique son importance économique, mais elle reste aussi pleine de mystères : de nombreux phénomènes fondamentaux sont encore mal compris et font l’objet de recherches intenses, avec un potentiel immense pour améliorer notre vie de tous les jours.
Quelques exemples :
• Pourquoi la rigidité de certaines cellules cancéreuses freine-t-elle l’invasion de tumeurs ?
• Pourquoi certains microplastiques sont-ils si difficiles à éliminer ?
• Comment rendre la production de béton moins émettrice de CO2 en maîtrisant mieux son comportement avant qu’il ne durcisse ?
• Peut-on créer un robot souple capable de changer de forme en fonction de son environnement ?
Le programme Metasoft s’organise autour de trois grands axes :
Axe 1 - Matériaux intelligents et robotique souple
L’idée est de rapprocher deux communautés de PSL pour créer de nouvelles formes de robots souples. Par exemple, imaginer une prothèse de jambe qui serait rigide au moment de pousser, mais souple dès qu’elle touche le sol.
Ce sont des matériaux capables de « réagir » et d’effectuer une tâche en autonomie, en réponse à des stimuli extérieurs.
Axe 2 - Comprendre les fluides complexes
Les fluides complexes, ce sont des liquides qui ne réagissent pas comme l’eau ou l’huile : ils peuvent s’épaissir, changer de texture… et leur comportement global est souvent très difficile à prévoir à partir des seules lois de la physique microscopique.
De nouvelles techniques permettent maintenant d’observer ce qui se passe à toute petite échelle, là où tout se joue. En étudiant des systèmes plus simples et contrôlables, on espère enfin percer leurs secrets.
Si ces avancées se confirment, elles pourraient changer complètement notre compréhension (et donc notre maîtrise) de ces fluides essentiels dans l’industrie, la santé ou l’environnement.
Axe 3 - Répondre aux défis environnementaux
Les spécialistes de la matière molle cherchent à apporter une compréhension fondamentale autour de certains enjeux tels que le traitement des nano/microplastiques, la valorisation ou le recyclage de déchets électroniques ou de déchets tels que des biopolymères naturels issus de l’agriculture, l’amélioration de la qualité de l’eau ou la valorisation du CO₂.
METASOFT réunit des chercheurs venus de disciplines très diverses, physique, chimie, mécanique, design ou IA. Comment fait-on dialoguer tous ces univers, et en quoi cette interdisciplinarité est-elle essentielle pour faire avancer la recherche et l’innovation ?
L’interdisciplinarité est au cœur de Metasoft Matter.
Bien sûr, les disciplines sont organisées en catégories institutionnelles - physique, chimie, mécanique, etc. Mais, dans la réalité, les chercheurs travaillent souvent sur plusieurs champs à la fois.
Ce qui est passionnant, c’est la naissance de nouvelles communautés qui apprennent à partager un langage commun pour résoudre des problèmes complexes. Cela demande du temps, mais crée une grande richesse intellectuelle.
Metasoft Matter a justement été créé pour favoriser ces échanges et construire de nouveaux ponts entre des univers scientifiques qui n’avaient pas toujours l’habitude de travailler ensemble.
Comment imaginez-vous la science de la matière molle dans vingt ans ?
C’est une question toujours un peu délicate. Mais il est certain que la transition environnementale pose des problèmes technologiques, industriels et sociétaux multiples. La matière molle sera très certainement un des champs disciplinaires qui permettra d’apporter un certain nombre de solutions à cet enjeu majeur.