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Le Français Jean-Pierre Sauvage co-lauréat du prix Nobel de chimie

Par Sylvie Latieule et Aurélie Dureuil

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Début octobre le comité Nobel a dévoilé les noms des lauréats 2016. En chimie, Jean-Pierre Sauvage de l'université de Strasbourg, figure parmi les lauréats.

Le prix Nobel de chimie 2016 a été décerné conjointement au Français Jean-Pierre Sauvage de l'université de Strasbourg, à l'Écossais Fraser Stoddart de l'université Northwestern (près de Chicago) et au Néerlandais Bernard Feringa de l'université de Groningue, pour la conception et la synthèse de « machines moléculaires ». Ces assemblages de taille nanométrique sont capables de se mettre en mouvement de façon contrôlée, en réponse à divers signaux tels que la lumière UV, par exemple.

Né à Paris le 21 octobre 1944, Jean-Pierre Sauvage a effectué sa thèse à l'université de Strasbourg sous la direction de Jean-Marie Lehn (prix Nobel 87). Après un post-doctorat à Oxford, il est revenu en France en 1971 pour intégrer le CNRS et y effectuer toute sa carrière. En 1979, il est nommé directeur de recherche à l'Institut de science et d'ingénierie supramoléculaire (CNRS/Université de Strasbourg) jusqu'en 2014. Médaille de bronze du CNRS en 1978, puis médaille d'argent en 1988, il est aujourd'hui professeur émérite à l'université de Strasbourg.

Des trois lauréats, Jean-Pierre Sauvage est véritablement le pionnier de la discipline. En 1983, il a réussi à synthétiser le premier caténane, deux macrocycles, imbriqués l'un dans l'autre pour former une sorte de chaîne. « Normalement, les molécules sont jointes par des liaisons covalentes fortes dans lesquelles les atomes partagent des électrons, mais dans une chaîne, elles sont reliées par une liaison mécanique plus libre », explique l'académie Nobel. « Dans ses tout premiers travaux, Jean-Pierre Sauvage a trouvé comment lier des molécules en les entrelaçant. Il a mis au point une méthode pour fabriquer des molécules en forme d'anneau qui peuvent s'enchaîner l'une à l'autre. Une fois enchaînées, les molécules peuvent encore se mouvoir, par exemple, tourner l'une dans l'autre, mais ne peuvent pas se dissocier. Il a ainsi donné une porte d'entrée à la maîtrise du mouvement à l'échelle moléculaire », détaille Ivan Huc, directeur de recherche CNRS à l'Institut de chimie et de biologie des membranes et des nano-objets (CBMN) à Bordeaux.

 

Le développement de la topologie moléculaire

 

À partir de ces résultats, le domaine de la topologie moléculaire s'est développé. « On peut ainsi faire des molécules avec des formes d'entrelacements variés. Jean-Pierre Sauvage a, par exemple, été le premier à construire un noeud de façon rationnelle », ajoute Ivan Huc. Et petit à petit, se sont mis en place à l'échelle moléculaire les mouvements élémentaires de la mécanique. Ces systèmes moléculaires ont ceci de remarquable qu'ils permettent de reproduire à l'échelle nanométrique des mouvements de rotation, de translation, de contraction, à l'image d'une fibre musculaire ou d'autres processus biologiques importants.

Une deuxième étape a été franchie en 1991 par Fraser Stoddard, quand il a développé un rotaxane, une molécule formant un macrocycle entourant un fragment linéaire avec deux extrémités plus larges, un peu comme un haltère. Cet ensemble pouvant jouer le rôle d'interrupteur moléculaire en électronique. « Le professeur Stoddard a été un grand pionnier de la maîtrise des mouvements de translation », cite Ivan Huc.

 

Le premier moteur moléculaire en 1999

 

Enfin en 1999, sur la base des travaux de ses prédécesseurs, Bernard Feringa a pu développer le premier moteur moléculaire, que l'on a également désigné sous le nom de nanocar. « Parmi ses apports et les choses les plus remarquables, Bernard Feringa a commencé à optimiser le régime de fonctionnement. Il s'est intéressé à la vitesse à laquelle faire tourner un moteur pour aller de plus en plus vite. Le système de Feringa est remarquable car les rotations moléculaires s'effectuent grâce à la lumière », détaille Ivan Huc.

Bien entendu, ces travaux de recherche sont encore très amont, mais ils laissent entrevoir des perspectives très prometteuses. « En termes de développement, le moteur moléculaire se trouve aujourd'hui au même stade que le moteur électrique dans les années 1830, lorsque les scientifiques exposaient des manivelles et des roues, sans savoir que cela mènerait aux trains électriques, au lave-linge, aux ventilateurs et aux mixeurs », commente l'académie suédoise, ajoutant que ces machines moléculaires seront très probablement utilisées dans le développement de nouveaux matériaux, de capteurs et de systèmes de stockage d'énergie.

Avec la consécration de Jean-Pierre Sauvage, l'université de Strasbourg réussi un doublé gagnant, Jean-Marie Lehn l'ayant précédé, il y a presque trente ans. Certains parleront même de triplé, en évoquant Martin Karplus, prix Nobel 2013. Professeur à l'université d'Harvard et de nationalité américaine, ce chimiste dirige depuis de longues années le Laboratoire de chimie biophysique, un laboratoire commun du CNRS et de l'université de Strasbourg.

DÉCRYPTAGEIvan Huc, directeur de recherche CNRS Institut de chimie et de biologie des membranes et des nano-objets (CBMN) à Bordeaux « Ce prix Nobel donne de la visibilité à la recherche française »

« Cette année, le prix Nobel de Chimie est plutôt inhabituel. Les travaux choisis par le Comité Nobel constituent des avancées scientifiques majeures et il est clair que les usages permis par ces avancées seront considérables. Mais nous sommes encore loin d'applications concrètes. Le Comité Nobel a d'ailleurs fait l'analogie avec les premiers résultats à l'origine des moteurs électriques qui n'ont donné lieu à des applications que des décennies plus tard. Il faut rester prudent pour dire ce à quoi ces moteurs moléculaires vont servir. On peut donner des éléments de réponse, mais on ne sait pas encore à quelle échéance. Grâce aux travaux des Lauréats, les chimistes ont commencé à penser différemment. C'est une transition qui s'opère. Le chimiste a de tout temps développé l'art de la fabrication d'objets, il s'est concentré sur les structures. Mais aujourd'hui, on ne regarde plus les molécules simplement comme des objets statiques mais comme des entités mobiles dont on peut contrôler certains mouvements. Dans le vivant par exemple, des fonctions essentielles sont assurées par des moteurs extraordinaires du point de vue du chimiste et qui pourraient être approchés par ces travaux. La contraction musculaire, par exemple, repose sur l'orchestration d'un très grand nombre de mouvements de translation entre biomolécules à l'échelle du nanomètre. Parmi les travaux récompensés, certains portent sur la possibilité d'induire un mouvement de translation similaire entre deux molécules, amenant la notion de muscle artificiel. En tant que chimiste, je suis vraiment ravi que des travaux aussi fondamentaux soient récompensés. Ce prix Nobel donne de la visibilité à la recherche dans ce domaine, et notamment à la recherche française. Jean-Pierre Sauvage est maintenant professeur émérite à l'université de Strasbourg. D'autres équipes strasbourgeoises sont actives dans le domaine des moteurs moléculaires. Il y a également des travaux à Toulouse, à Montpellier, à Bordeaux où j'exerce... Quand le comité Nobel énonce que c'est une avancée majeure, cela focalise l'attention et a un effet durable sur la façon dont une discipline est vue de la communauté scientifique. C'est donc une très bonne nouvelle pour les équipes actives dans ce domaine précisément, et plus généralement, pour la chimie supramoléculaire qui avait donné lieu à un prix Nobel en 1987. »

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