Le prix Nobel de chimie a été décerné mercredi à trois scientifiques qui ont découvert une manière révolutionnaire de fabriquer des matériaux remplis de minuscules trous capables de tout faire, depuis l'aspiration de l'eau de l'air du désert jusqu'à la capture du dioxyde de carbone responsable du réchauffement climatique.
L'architecture moléculaire particulièrement spacieuse, appelée structure métallo-organique, a également permis aux scientifiques de filtrer les « produits chimiques permanents » de l'eau, d'introduire clandestinement des médicaments dans les corps et même de ralentir la maturation des fruits.
Après que le Japonais Susumu Kitagawa, le britannique Richard Robson et l'américano-jordanien Omar Yaghi ont remporté leur prix Nobel tant attendu, voici ce que vous devez savoir sur leurs découvertes.
Que sont les structures métallo-organiques ?
Imaginez que vous ouvriez l'eau chaude pour votre douche matinale, a expliqué à l'AFP David Fairen-Jimenez, professeur qui étudie les structures métallo-organiques (MOF) à l'université de Cambridge.
Le miroir de votre salle de bain s'embue à mesure que les molécules d'eau s'accumulent sur sa surface plane, mais il ne peut en absorber qu'une quantité limitée.
Imaginez maintenant que ce miroir soit fait d'un matériau extrêmement poreux – rempli de petits trous – et que ces trous aient « la taille d'une molécule d'eau », a déclaré Fairen-Jimenez.
Ce matériau serait capable de retenir beaucoup plus d’eau – ou d’autres gaz – qu’il ne semble possible.
Lors de la cérémonie Nobel, cette capacité de stockage secrète a été comparée au sac à main magique d'Hermione dans Harry Potter.
L'espace intérieur de quelques grammes d'un MOF particulier « contient une superficie aussi grande qu'un terrain de football », ont déclaré les Nobel dans un communiqué.
Ross Forgan, professeur de chimie des matériaux à l'université de Glasgow, explique à l'AFP qu'il faut considérer les MOF comme des « solides pleins de trous ».
Ils pourraient ressembler essentiellement à du sel de table, mais « ils ont une capacité de stockage ridiculement élevée à l'intérieur parce qu'ils sont creux – ils peuvent absorber d'autres molécules comme une éponge ».
Qu'ont fait les lauréats du prix Nobel ?
Dans les années 1980, Robson a enseigné à ses étudiants de l'Université de Melbourne en Australie les structures moléculaires à l'aide de boules de bois jouant le rôle d'atomes, reliés par des tiges représentant des liaisons chimiques.
Un jour, cela l’a inspiré à essayer de relier différents types de molécules entre elles. En 1989, il avait dessiné une structure cristalline semblable à celle d'un diamant, sauf qu'elle était pleine de trous massifs.
Le chercheur français David Farrusseng a comparé la structure des MOF à la Tour Eiffel. « En emboîtant toutes les poutres en fer, horizontales, verticales et diagonales, on voit apparaître des cavités », explique-t-il à l'AFP.
Cependant, les structures trouées de Robson étaient instables et il a fallu des années avant que quiconque puisse comprendre quoi en faire.
En 1997, Kitagawa réussit enfin à démontrer qu'un MOF pouvait absorber et libérer du méthane et d'autres gaz.
C’est Yaghi qui a inventé le terme « structures métallo-organiques » et a démontré au monde à quel point il y avait de la place dans les matériaux fabriqués à partir de ces structures.
Que peuvent-ils faire ?
Parce que ces cadres peuvent être assemblés de différentes manières, un peu comme si on jouait avec des Lego, les entreprises et les laboratoires du monde entier ont testé leurs capacités.
« C'est un domaine qui suscite un enthousiasme incroyable et qui évolue extrêmement vite », a déclaré à l'AFP Thierry Loiseau, du centre de recherche français CNRS.
Plus de 100 000 types différents ont déjà été rapportés dans la littérature scientifique, selon une base de données de l'Université de Cambridge.
« Chaque mois, 500 nouveaux MOF apparaissent », a déclaré Fairen-Jimenez.
Lui et Forgan ont convenu que le plus grand impact des MOF sur le monde se situerait probablement dans les domaines de la capture du carbone et de la livraison de médicaments.
Bien que très médiatisés, les efforts visant à capturer le dioxyde de carbone – le moteur du réchauffement climatique d’origine humaine – n’ont jusqu’à présent pas tenu leurs promesses.
Forgan a déclaré qu'il était autrefois « un peu sceptique quant au captage du carbone, mais maintenant nous affinons enfin (les MOF) au point où ils répondent à toutes les exigences industrielles ».
Le producteur chimique canadien BASF affirme être la première entreprise à produire des centaines de tonnes de MOF par an, pour les efforts de captage du carbone.
L’espace de stockage supplémentaire permet également aux MOF d’introduire clandestinement des molécules contenant des médicaments dans l’organisme, plusieurs d’entre elles étant actuellement en cours d’essais cliniques.
Et Yaghi lui-même a démontré qu'un matériau MOF était capable de récupérer la vapeur d'eau de l'air nocturne de l'État désertique de l'Arizona aux États-Unis.
Une fois le soleil levant réchauffé le matériel, son équipe récupérait l’eau potable.
