Harold Kroto, chimiste et lauréat du prix Nobel, est décédé le 30 avril. Le pionnier du "buckybal" a été le pionnier des nanosciences.
Au milieu des années 1980, le buckminsterfullerène a été découvert - la "boule de bucky". C'est aussi la naissance des nanosciences. Trente ans plus tard, il n'y a toujours pas de véritables applications des nanotechnologies. "Nous devons être patients", déclare Harold Kroto, co-découvreur de la bucky ball. "Il existe des opportunités fantastiques."
Il l'admet volontiers :sa plus grande réussite, la découverte du buckminsterfullerène, est en grande partie le fruit du hasard, bien que les scientifiques préfèrent utiliser l'euphémisme "sérendipité". Lorsque Harold Kroto a rendu visite à ses collègues chimistes Richard Smalley et Robert Curl Jr. en septembre 1985. dans leur laboratoire au Texas, le trio ne recherchait pas du tout la troisième forme de carbone, après le graphite et le diamant. "Au début des années 1980, à l'Université du Sussex, j'avais lancé un programme de recherche spécial en astrochimie", nous raconte Kroto, 74 ans, dans la ville de Lindau, dans le sud de l'Allemagne, où l'homme a assisté à une conférence pour les lauréats du prix Nobel l'été dernier. . "Nous voulions voir quelles chaînes de carbone, du genre benzène et autres espèces organiques, avaient des frères jumeaux dans l'espace interstellaire. Cela a conduit à la conclusion inattendue que la plupart des chaînes carbonées complexes que nous produisons sur Terre se produisent également "naturellement" dans les nuages de gaz des étoiles carbonées (étoiles anciennes qui contiennent plus de carbone que d'oxygène dans leur atmosphère, ndlr). Nous étions perplexes."
Kroto a ensuite voulu simuler les processus chimiques qui se déroulent dans ces nuages de gaz cosmiques dans son laboratoire - afin de produire ces chaînes de carbone d'une manière différente. Cependant, il manquait d'équipement de haute technologie pour cela. « Mais Richard (Smalley, éd.) et Bob (Robert Curl, éd.) avaient un appareil fantastique dans leur laboratoire, un appareil laser qui pouvait vaporiser du graphite en quelques microsecondes. Quand j'ai vu l'appareil, j'ai tout de suite su que nous pouvions simuler la chimie des étoiles carbonées.» . Mais les trois chimistes ont obtenu une sérieuse cerise sur le gâteau. Ils ont trouvé – de manière totalement inattendue – une molécule inconnue à symétrie sphérique et creuse composée d'exactement soixante atomes de carbone. Les soixante se sont avérés être soigneusement disposés, en vingt hexagones réguliers et douze pentagones réguliers - tout comme la couture d'un ballon de football. Kroto a nommé la molécule buckminsterfullerène, d'après l'architecte américain Richard Buckminster Fuller, décédé peu de temps auparavant, et devenu célèbre pour ses conceptions de dômes géodésiques qui ressemblaient fortement à la structure moléculaire. Kroto :« Nous avons ajouté le suffixe « -a », ce qui a donné un nom à consonance chimique – genre benzène, propène, etc. » La supermolécule sphérique est rapidement devenue connue du grand public sous le nom de « bucky ball ». Mais parmi les chimistes, vous entendez souvent le nom un peu plus prosaïque du carbone 60.
Kroto, Smalley et Curl ont pu produire du buckminsterfullerène grâce à la simulation des processus chimiques dans les nuages de gaz interstellaires, mais il a fallu attendre 2010 pour que le buckybal soit observé dans de vrais nuages de gaz. Ensuite, le télescope Spitzer de la NASA a pris des images infrarouges qui montraient clairement l'empreinte carbone 60.
La découverte du buckminsterfullerène a ouvert un nouveau domaine en chimie, et dans la science en général :la nanochimie et la nanotechnologie. Dans les années et les décennies qui ont suivi sa découverte, d'autres scientifiques ont soigneusement cartographié les propriétés de la boule de bucky - et d'autres fullerènes tels que les tubes de bucky et les nanotubes. Ceux-ci se sont avérés très spéciaux, et ils produiraient "dans un avenir prévisible" des matériaux ultra-résistants, permettraient la supraconductivité et pourraient être le berceau d'ordinateurs ultra-rapides. En 2013, cependant, aucune « application miracle » concrète n'a encore été réalisée. La transition des nanosciences aux nanotechnologies est en cours.
Est-ce qu'il faudra encore trente ans avant que les premières véritables applications nano voient le jour ?
Kroto :'Nous devons en effet être patients. Dans les nanosciences, tout se passe de bas en haut, et cela s'applique également à la manière dont la recherche est menée. Vous ne voyez pas de grandes théories globales avec nous. Pas à pas nous progressons, nous maîtrisons de nouvelles compétences, pour qu'à terme de nouvelles applications puissent effectivement voir le jour. Mais tu as raison :quand tu parles de nanotechnologies au sens strict – systèmes atomiques ou moléculaires complexes qui peuvent s'assembler – moi non plus je ne vois pas encore d'applications réalisées. Je n'inclus vraiment pas de dentifrice additionné de nanoparticules là-dedans. »
"Avec le carbone 60, vous pourriez fabriquer rapidement et à moindre coût des panneaux solaires organiques, imprimés sur une couche de plastique"
De quelle application rêvez-vous ?
"Avec le buckminsterfullerène, par exemple, vous pouvez aller dans de nombreuses directions. Mais l'application la plus prometteuse pour moi est l'utilisation du carbone 60 comme matière première pour les cellules solaires organiques. Ceux-ci pourraient être imprimés rapidement et à moindre coût sur une couche de plastique – au même rythme qu'avec le papier journal. Nous n'aurions alors plus besoin de silicium, qui fait actuellement obstacle à une percée pour l'énergie solaire. »
La nanotechnologie fait souvent l'objet de rapports négatifs. De cette façon, nous ne connaîtrions qu'à moitié les dangers que nous encourons. Les chimistes devraient-ils participer activement au débat à ce sujet ?
« Bien sûr, parce qu'eux seuls savent vraiment de quoi il s'agit. Mais ils doivent avoir le courage d'admettre ouvertement quels sont les dangers potentiels. Vous ne pouvez pas arrêter la nanotechnologie après tout. C'est comme si quelqu'un au début du siècle dernier aurait dit :nous connaissons trop peu la chimie pour continuer. Soit dit en passant, la nanotechnologie est loin d'être nouvelle. Seul le concept d'auto-assemblage (où différents composants s'organisent automatiquement en une structure organisée, ndlr) est nouveau. Je suis convaincu que de grandes choses seront possibles à l'avenir grâce à la fabrication ascendante.”
Pensez-vous qu'il existe d'autres "supermolécules" encore inconnues du genre carbone 60 ?
'Je ne pense pas. Il faut savoir que le carbone 60 a été découvert relativement tard. Et même alors, c'était en partie une découverte accidentelle. Dès les années 1970, je cherchais de nouvelles chaînes carbonées à l'Université du Sussex. Nous avions déjà découvert et produit des chaînes beaucoup plus complexes que le carbone 60 en laboratoire. Mais pour le carbone 60, il fallait un détour par l'astrochimie. C'est pourquoi il nous a fallu si longtemps pour fabriquer du buckminsterfullerène."
La découverte du carbone 60 a été un excellent exemple de sérendipité :vous trouvez quelque chose de complètement nouveau, alors que vous cherchiez en fait autre chose. Cela dit-il quelque chose sur la façon dont la recherche scientifique devrait être menée ?
« Je suis en faveur d'une bonne recherche solide. Le genre où le chercheur a suffisamment de liberté pour faire ce pour quoi il est bon. Les scientifiques ne doivent pas être trop guidés par les statistiques de publication ou d'autres indicateurs externes. La pratique scientifique au quotidien, la maîtrise des techniques – le fond de la science – voilà de quoi il s'agit. Et sur le choix du sujet, bien sûr. Surtout, faites ce que vous savez faire. Ne vous laissez pas emporter par la recherche dite stratégique. J'entends par là la recherche scientifique avec laquelle les gens veulent aller dans une direction claire - une direction qui est souvent déterminée par des bailleurs de fonds externes et définie sous forme de jalons. Prenons, par exemple, la recherche sur la photosynthèse artificielle. J'ai le fort sentiment que la percée ultime viendra d'une source inattendue. »
Des molécules passionnantes telles que la boule de bucky et le nanotube, ainsi que le graphène, sont toutes constituées de carbone. Qu'est-ce que cet élément a de si spécial ?
« Le carbone est tout simplement unique dans le tableau de Mendeleïev, et c'est l'élément le plus extraordinaire de l'univers car les composés de carbone peuvent exister dans de nombreuses configurations différentes. Deux atomes de carbone peuvent se lier l'un à l'autre par une liaison simple, double et triple. La différence entre ces liens est si fondamentale que la vie aurait été complètement différente si ces liens avaient des propriétés légèrement différentes. Ce n'est pas un hasard si 90 à 95 % de la chimie est organique, à base de carbone."
Malgré votre origine juive (Kroto a un père polonais et son nom était Krotoschiner à la naissance, ndlr) vous êtes un athée convaincu. Et vous attendez la même chose de vos collègues scientifiques.
« Je reçois régulièrement des courriels de chercheurs me demandant comment ils peuvent séparer leurs travaux scientifiques de leurs croyances religieuses. Vous seriez surpris de voir combien de personnes sont encore aux prises avec ce dilemme aujourd'hui. J'ai beaucoup de mal avec ça, et je le leur dis clairement dans mes réponses. Malgré les gigantesques progrès technologiques que nous avons réalisés au cours des siècles passés, l'humanité semble avoir un talon d'Achille. Nous semblons avoir du mal avec le fait que nous ne sommes qu'une espèce évoluée - et pas plus que cela."
"Si j'avais vécu avant la Seconde Guerre mondiale, j'aurais été marxiste"
« Je chéris la culture laïque européenne, dans laquelle l'Église et l'État sont strictement séparés et dans laquelle les principes humanistes sont considérés comme importants. Si j'avais vécu avant la Seconde Guerre mondiale, j'aurais probablement été un marxiste convaincu. Mais d'une manière ou d'une autre, le marxisme semble toujours aboutir à une dictature - cela a maintenant été presque empiriquement prouvé. Un élément fondamental de cette culture laïque est la rationalité. Je veux absolument que les futurs scientifiques continuent à attacher une grande importance à la rationalité et, si nécessaire, à la défendre bec et ongles."
Cependant, la crédibilité des scientifiques est régulièrement ébranlée - en témoigne le nombre croissant de cas de fraude scientifique.
« Ah, combien y a-t-il vraiment de cas ? Je pense que ce nombre est totalement négligeable. Jamais auparavant autant de scientifiques n'avaient été actifs dans le monde. En outre, dans la plupart des cas, la fraude a été découverte et corrigée par d'autres scientifiques - félicitations au mécanisme d'autocorrection de la science. »
'Je suis énervé de faire exploser la recherche scientifique'
« Je suis plus préoccupé – ou plutôt ça m'agace – de faire exploser la recherche scientifique. Hyperflation, je l'appelle. C'est beaucoup plus dommageable que la fraude, car vous créez de fausses attentes auprès du grand public. Quand je feuillette un journal ou un magazine et que je lis les rapports scientifiques, je vois trop de spéculations, trop peu de faits prouvés. C'est en partie la faute des journalistes. D'abord et avant tout, vous voulez captiver le lecteur avec une histoire accrocheuse. Les nuances ne s'intègrent souvent pas. C'est pourquoi la théorie des cordes et toutes ces hypothèses d'univers parallèles sont si populaires. Cependant, rien de tout cela n'a été prouvé ou vérifié empiriquement."
BIOGRAPHIE
Harold Kroto
Harold Kroto (°1939) a étudié la chimie à la British Sheffield University. En 1964, il y obtient son doctorat avec une thèse sur la spectroscopie moléculaire. Après des travaux de recherche aux États-Unis et au Canada, Kroto s'est retrouvé à l'Université du Sussex, dans le sud de l'Angleterre, où il a commencé à rechercher de nouvelles chaînes de carbone avec son propre groupe. Au début des années 1980, il a lancé un programme de recherche visant à identifier les chaînes de carbone dans les nuages de gaz près des étoiles carbonées.
Au milieu des années 1980, il entre en contact avec Richard Smalley et Robert Curl Jr., deux chimistes américains de la Rice University, au Texas. Avec eux, Kroto a fait la découverte en 1985 qui vaudra au trio le prix Nobel de chimie 1996 :ils ont trouvé le buckminsterfullerène. Cette "supermolécule", également appelée carbone 60 ou "buckybal", est au cœur de la nanochimie et de la science.
Harold Kroto est professeur invité à la Florida State University depuis 2004. Il est également le fondateur et directeur du Vega Science Trust, une association britannique qui produit des films éducatifs sur les sciences pour les élèves du secondaire.
