Percée en chimie

Un jeune chercheur découvre une façon d'assembler des molécules inorganiques

Pour ceux qui ne le sauraient pas, Quesnel, en Colombie- Britannique, est située juste au centre de la province, à environ 600 km au nord de Vancouver. Cette municipalité de 8 300 âmes est d'abord connue pour ses activités forestières, et non pas comme un milieu fertile en chimistes des nouveaux matériaux. Du moins elle ne l'était pas jusqu'à cette année, c'est-à-dire jusqu'à ce que Mark MacLachlan, originaire de Quesnel et étudiant au doctorat au département de chimie de l'Université de Toronto, publie un article dans la prestigieuse revue Nature où il révèle l'existence d'une substance nouvelle, semblable au métal, qui pourrait un jour être utilisée partout pour éliminer la pollution ou aspirer les gaz toxiques des puits de mine. Il partage le crédit de son article avec le professeur Geoffrey Ozin et le microscopiste Neil Coombs. Toutefois, selon M. Ozin, la création du nouveau matériau microporeux prometteur – connu sous le nom de mésostructure de sulfure de germanium – n'aurait pas été possible sans une brillante idée de M. MacLachlan.

Le professeur Ozin est bien connu pour ses travaux sur l'utilisation de moyens chimiques pour l'assemblage de molécules en structures complexes. Selon lui, la chimie des matériaux est actuellement en plein essor. Les chimistes repoussent les frontières de la synthèse traditionnelle de molécules et vont jusqu'à utiliser ces dernières comme éléments constitutifs de structures multimoléculaires de plus en plus complexes. L'utilisation des molécules comme blocs de construction n'est pas nouvelle en chimie organique. C'est ainsi que tout ce qui constitue notre corps, jusqu'aux os, a été assemblé.

Les chimistes des matériaux comme M. Ozin ne font cependant qu'apprendre comment utiliser la chimie pour créer des « ensembles inorganiques ». « Nous ne faisons que commencer à entrevoir la complexité des matériaux durs présents dans la nature, grâce à ces nouveaux matériaux supramoléculaires », explique-t-il. Pour mieux comprendre ce que son équipe a créé, pensez aux alvéoles hexagonales de nids d'abeille aux parois faites de cire d'abeille. Imaginez maintenant la même structure bien organisée constituée de parois de sulfure de germanium de l'épaisseur d'une molécule et d'alvéoles dont l'ouverture peut atteindre 500 angstrœms. (Un angstrœm équivaut à un dix millièmes de millimètre.) Au lieu que la paroi de molécules de sulfure soit solide, elle constitue un tamis ou un filet. Parce que les agrégats de sulfure métallique sont conducteurs, notre nouvelle structure peut être modifiée de manière à détecter d'autres molécules traversant les mailles du filet, pour être ainsi transformée en une sorte de détecteur chimique. « Nous croyions que cela pourrait être utile pour détecter les odeurs, en raison de la réaction électrique. Ce filet pourrait également servir à capturer les molécules de métal lourd afin de dépolluer des rivières, par exemple », nous dit M. MacLachlan. D'autres usages, le cas échéant, seront découverts plus tard. Ce qui donne lieu aux célébrations chez les scientifiques en ce moment, c'est la découverte de la manière dont des matières comme celles_là sont construites.

La difficulté qu'il fallait surmonter, c'était que pour assembler des molécules, les agrégats de sulfure devaient être dissous. Or, ils ne se dissolvent pas dans l'eau. Les chimistes devaient trouver un solvant différent pour bâtir leur structure.

C'est M. MacLachlan qui a trouvé la solution en utilisant du formamide, un liquide relativement méconnu. « Lorsque nous avons utilisé le formamide, les agrégats se sont formés d'un coup sec », affirme M. MacLachlan. Le processus d'assemblage se sert du formamide comme surfactant, lequel agit un peu comme du savon à vaisselle. Plutôt que de créer des bulles (ou micelles, comme on les appelle en chimie) sphériques comme celles du savon, ce surfactant crée des micelles cylindriques. Les agrégats de sulfure se rassemblent dans les espaces entre les micelles: retirez le surfactant, et vous vous retrouvez avec des alvéoles de sulfure de germanium. M. MacLachlan, qui termine maintenant son Ph.D. après avoir fait ses études de premier cycle à l'Université de la Colombie-Britannique, essaie de faire en sorte que toute la renommée que lui vaut ce premier article dans Nature publié à l'âge de 25 ans ne lui monte pas à la tête. « Je suis venu à l'Université de Toronto parce que je trouve ce domaine fascinant. » Le jeune scientifique est actuellement le premier membre de sa famille à obtenir un diplôme universitaire – cell-ci travaille dans l'industrie forestière à Quesnel. Maintenant, assiégé par les journalistes de tout le Canada, il est devenu remarquablement habile à expliquer son travail en termes accessibles. Un de ses exemples favoris consiste à comparer son processus à la fabrication de moules de bûches en béton, suivie du brûlage de la bûche, pour ne conserver que la structure de béton. C'est le genre de comparaison qui convient bien à un gars de Quesnel, ne trouvez vous pas ?