| Enfin un prix Nobel au cœur de la chimie

Après plusieurs années où la chimie n’était vue qu’à travers la physique ou la biologie, le prix Nobel 2016 récompense des chercheurs chimistes au cœur de la chimie moléculaire. Le français Jean-Pierre Sauvage, l’écossais James Fraser Stoddart et le néerlandais Bernard L. Feringa ont réalisé tous trois d’étonnantes percées en topologie chimique, ouvrant le champ à la dynamique moléculaire. C’est dire qu’ils ont fabriqués des objets moléculaires de la taille du nanomètre (5000 fois plus petits que l’épaisseur d’un cheveu) (1), capables de se déformer sous une influence externe comme la lumière, un stimulus chimique ou électrique, de tourner sur eux même, d’avancer… On parle alors de machines ou moteurs moléculaires.

L’aventure commence pour Jean-Pierre Sauvage et son équipe en 1983, où ils réussissent à synthétiser le [2]caténane en 2 ou 3 étapes (2). L’astuce est en chimie moléculaire d’utiliser un métal, le cuivre, pour courber deux fils moléculaires et les faire s’enchevêtrer en deux anneaux qui s’interpénètrent. Plusieurs grammes sont ainsi préparés qui permettent l’étude de la structure et des propriétés. Ayant ouverts la voie de synthèses, plusieurs équipes se lancent dans ce domaine nouveau. L’équipe de Stoddart utilise les interactions π-π et les liaisons hydrogène pour les assemblages et fabrique un rotaxane (anneau autour d’un axe moléculaire), d’autres, les liaisons Pd – N dans les organométalliques.

En 1994, Jean-Pierre Sauvage arrive à créer un mouvement de « pirouette » sur un caténane en jouant sur l’état de valence du cuivre Cu+ et Cu++ qui fait que les anneaux basculent dans deux positions stables en fonction de l’apport ou du départ d’un électron sur le métal. C’est le premier moteur moléculaire. Les équipes de J. F. Stoddart et de B. Feringa montrèrent par la suite comment faire tourner puis se déplacer un anneau sur un axe, et même lui assigner deux positions distinctes (labélisées 0 et 1) ouvrant la voie à « l’ordinateur moléculaire ».

Jean-Pierre Sauvage rappelle souvent que ces objets artificiels miment des molécules du vivant (3). L’ATP synthase a un moteur rotatif qui synthétise l’ADP à partir des phosphates dans tous les organismes vivants (4). C’est dans l’ADN qu’on retrouve les nœuds entrelacés et les « trèfles » fabriqués par synthèse chimique. Les molécules créées, capables de se contracter et de s’étirer, simulent les mêmes mouvements que les molécules des fibres de nos muscles. Certaines machines moléculaires pourront peut-être à l’avenir transporter des agents thérapeutiques actifs jusqu’aux cibles tumorales. L’imagination des chimistes va jusqu’à fabriquer des roues pour des voitures de courses à l’échelle nanométrique (5).

Rappelons que ces travaux de pionnier ont valu à Jean-Pierre Sauvage de nombreuses distinctions : médaille d’argent du CNRS en 1988, prix Pierre Sue de la SCF en 2004, membre de l’Académie des Sciences et en 2014 Grand Prix de la Fondation de la Maison de la Chimie. Directeur de recherche émérite depuis 2014 et professeur émérite de l’université de Strasbourg, il travaille toujours au sein de l’ISIS (Institut de Science et d’Ingénierie Supramoléculaires).

Jean-Claude Bernier
7 octobre 2016

Quelques ressources pour en savoir plus :

(1) Les nano-objets : un avenir prometteur sous contrôle
(2) Les machines moléculaires (vidéo, 6:15)
(3) Conférence de Jean-Pierre Sauvage - Grand Prix de la Maison de la Chimie 2014 (vidéo)
(4) La fabrique des champions
(5) Nanocar Race : la course des plus petits bolides du monde