Prix ​​Nobel de chimie 2025 : du « jouet puzzle » au matériau du siècle

Le prix Nobel de chimie 2025 a été décerné à trois scientifiques pionniers dans le développement de structures organométalliques (MOF) – des matériaux poreux révolutionnaires aux applications potentielles très variées, allant de la capture de l’eau dans les déserts au stockage du CO₂ en passant par l’administration de médicaments dans le corps.

Un écran affiche les trois scientifiques qui ont remporté le prix Nobel de chimie 2025 lors de la cérémonie d'annonce à l'Académie royale des sciences de Suède à Stockholm, le 8 octobre - Photo : REUTERS

Le 8 octobre à Stockholm (Suède), trois scientifiques Susumu Kitagawa (74 ans, Université de Kyoto - Japon), Richard Robson (88 ans, Université de Melbourne - Australie) et Omar M. Yaghi (60 ans, Université de Californie - Berkeley, USA) ont reçu le 117e prix Nobel de chimie.

Leurs réalisations racontent une belle histoire d’ambition intellectuelle, de persévérance dans la recherche et du pouvoir de la collaboration scientifique transfrontalière.

Application de matériaux en mousse polyvalents

Le travail primé s'intitule « Développement de structures organométalliques » (MOF). Dans cette structure, les ions métalliques servent de fondation, liés à de longues molécules organiques contenant des radicaux carbonés. Cette combinaison crée des cristaux à larges cavités, des matériaux poreux aux propriétés uniques.

En modifiant les éléments de base, les chimistes peuvent concevoir des MOF pour capturer et stocker des substances spécifiques, favoriser des réactions chimiques ou conduire l'électricité.

« Les structures organométalliques ont un potentiel énorme, ouvrant des opportunités sans précédent pour la création de matériaux personnalisés avec de nombreuses nouvelles fonctions », a déclaré Heiner Linke, président du comité Nobel de chimie, lors de la cérémonie de remise des prix.

À partir des découvertes pionnières de trois scientifiques, les chercheurs ont développé des dizaines de milliers de types différents de MOF, ouvrant d'innombrables directions pour la science et la technologie.

L'histoire commence en 1989, lorsque le professeur Richard Robson de l'Université de Melbourne (Australie) a tenté d'exploiter une nouvelle façon de créer des structures chimiques.

Il a combiné des ions cuivre chargés positivement avec une molécule à quatre bras dont le groupe chimique attirait les ions cuivre à l'extrémité de chaque bras. Il en a résulté un cristal à la structure ordonnée et ouverte, semblable à un diamant contenant d'innombrables cavités.

Robson et ses collègues ont ensuite développé le principe « bâtonnet-nœud » pour créer un réseau de coordination creux, ouvrant la voie à la conception de structures organométalliques de la forme souhaitée. Cependant, les structures initiales étaient instables et sujettes à l'effondrement, ce qui constituait le principal obstacle à la phase initiale.

Trois continents en une seule percée

Cependant, deux scientifiques, Susumu Kitagawa et Omar Yaghi, ont posé des bases solides à cette méthode. Entre 1992 et 2003, ils ont réalisé une série de découvertes révolutionnaires.

À l’Université de Kyoto (Japon), le professeur Kitagawa a renversé l’idée répandue avant 1997 selon laquelle les cristaux organiques creux s’effondreraient s’il n’y avait rien à l’intérieur.

Il a démontré qu'il était possible de créer des hybrides organométalliques à la fois poreux et résistants, et que les gaz pouvaient circuler à l'intérieur et à l'extérieur de ces structures. Il a également inventé le terme « MOF respirants », décrivant la capacité des MOF à se dilater et à se contracter en réponse aux molécules qu'ils adsorbent, à l'instar des poumons humains.

Jeune étudiant diplômé et futur professeur, Yaghi s'est demandé pourquoi la chimie des matériaux se limitait à « agiter et cuire ». De là lui est venue l'idée d'assembler des blocs moléculaires comme un puzzle pour créer un réseau cristallin selon ses plans.

Cette réflexion est devenue la base de la « chimie réticulaire », et c'est lui qui a inventé le nom MOF pour ce nouveau matériau. Il a également développé des concepts théoriques et créé le matériau classique MOF-5, doté d'une surface spécifique importante et d'une grande stabilité.

Après des nuits blanches en laboratoire, des cristaux fissurés et d'innombrables échecs, M. Robson a posé les bases des MOF. M. Kitagawa a démontré la porosité flexible, et M. Yaghi a systématisé les méthodes et le langage pour aider la communauté scientifique à continuer d'étendre les applications à la fabrication et à la vie.

Bien que travaillant séparément sur trois continents, ces trois géants de la chimie sont collègues et amis proches depuis des décennies, complétant leurs avancées en recherche depuis 1989.

Olof Ramström, membre du comité Nobel de chimie, a comparé leur découverte au « sac magique d'Hermione Granger » dans les livres Harry Potter, petit à l'extérieur mais suffisamment grand pour contenir un monde entier à l'intérieur.

Ces premières années et décennies de recherche ont abouti aujourd'hui au prestigieux prix Nobel. L'histoire du MOF ne fait bien sûr que commencer.

(a) Processus de formation de MOF ; (b) Processus d'adsorption de gaz ou d'autres substances dans le MOF - Données : SPRINGER ; Données : TV

Du laboratoire à la vie

Les MOF sont désormais largement utilisés en production et dans la vie quotidienne. Outre les utilisations mentionnées par le comité Nobel, ce matériau peut également stocker les émissions de CO₂ pour les convertir en produits organiques utiles, libérer des médicaments dans l'organisme, catalyser des réactions chimiques et même ralentir la maturation des fruits en piégeant l'éthylène.

Ces exemples montrent que les MOF ne sont pas seulement de « bons » matériaux poreux pour la recherche fondamentale, mais également des plateformes technologiques importantes pour l’énergie, l’environnement et la biomédecine, contribuant à améliorer la qualité de vie.

Au Vietnam, de nombreux groupes de recherche universitaires et instituts scientifiques ont appliqué les MOF à la catalyse, au stockage de gaz et à la libération de médicaments. Cela démontre que les scientifiques nationaux restent à la pointe des technologies de pointe.

Dans les prochaines années, les MOF seront introduits dans des procédés semi-industriels, intégrés dans des équipements de récupération d’eau, de capture de CO₂, des colonnes d’adsorption et des membranes de filtration fine.

On s’attend à ce que dans les 5 à 10 prochaines années, les MOF puissent être conçus à la demande pour le stockage sûr de l’hydrogène, la séparation moléculaire sélective, la détection environnementale hautement sensible et la catalyse chimique verte – réduisant ainsi les coûts énergétiques, réduisant les émissions et ouvrant une nouvelle génération de marchés de matériaux de charpente.

Avec le développement rapide de l’intelligence artificielle, il n’est pas impossible que l’IA favorise la création de MOF à forte valeur d’application dans de nombreux autres domaines.

Le professeur Omar Yaghi et sa marque à VNU-HCM

Le professeur Yaghi a visité le campus de VNU-HCM en 2010 - Photo : DPCC

Au cours de ses 30 années de création et de développement, VNU-HCM a toujours bénéficié de la précieuse collaboration de nombreux experts et scientifiques internationaux - des amis sincères et dévoués qui lui ont apporté de grandes leçons en matière de gestion, de recherche et d'innovation.

En particulier, le professeur Omar M. Yaghi (Université de Californie, Berkeley - UCB), le plus grand scientifique mondial sur les structures organométalliques (MOF), a laissé une marque profonde au VNU-HCM.

Avec un style de travail strict mais inspirant, le professeur contribue non seulement à atteindre de nombreux résultats concrets, mais contribue également à remodeler la conscience et la culture de recherche scientifique de l'école.

Français Du processus de coopération, VNU-HCM a tiré de précieuses leçons : Discipline et passion : Le travail scientifique exige du sérieux, une passion intense et une discipline de laboratoire standard ; Qualité exceptionnelle : Toutes les recherches doivent répondre aux normes internationales, publiées uniquement dans les revues les plus prestigieuses ; Talent et traitement : Les scientifiques doivent être soutenus par des conseillers de premier plan, des conditions de recherche adéquates et un régime proportionné à la « valeur marchande » ; Applicabilité : Même s'il s'agit de recherche fondamentale, elle doit toujours viser la capacité de postuler et d'attirer des financements - quelque chose que le professeur Yaghi lui-même a directement fait avec VNU-HCM ; Humanité et rigueur : Strict dans l'expertise mais toujours aimable, proche et toujours prêt à partager.

En 2022, le professeur Omar M. Yaghi a reçu le prix VinFuture, mais la plus grande importance réside dans les valeurs qu'il a laissées derrière lui - de la formation de la jeune génération de scientifiques, à la construction de centres d'excellence (CoE), en passant par la diffusion de l'esprit de recherche professionnelle et le dévouement à la connaissance.

Professeur associé, Dr. PHAN THANH BINH (ancien directeur de VNU-HCM)

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Professeur agrégé, Dr Nguyen Thanh Vinh - Lyly Nguyen

Source: https://tuoitre.vn/nobel-hoa-hoc-2025-tu-do-choi-xep-hinh-den-vat-lieu-the-ky-20251008222351112.htm