Le prix Nobel de chimie décerné à un trio dans le domaine des structures organométalliques

Un groupe de trois scientifiques a reçu le prix Nobel de chimie 2025 pour le développement de « structures métal-organiques », une forme d’architecture moléculaire qui emballe d’énormes quantités d’espace dans de minuscules structures – que le comité a comparée au sac à main d’Hermione Granger dans les romans Harry Potter.

Susumu Kitagawa, Richard Robson et Omar Yaghi partageront le prix pour leurs découvertes révolutionnaires qui pourraient aider à résoudre certains des problèmes les plus pressants de la planète, comme le changement climatique, a annoncé le comité Nobel mercredi lors d’une cérémonie à Stockholm, en Suède.

Heiner Linke, président du comité de chimie, a déclaré que les découvertes et les insights des lauréats ont conduit à de nouveaux matériaux totalement inédits capables de « stocker d’énormes quantités de gaz dans un volume minuscule ».

Linke a comparé ces matériaux au sac d’Hermine, qui paraît petit de l’extérieur mais est beaucoup plus grand à l’intérieur. Dans une autre analogie, il a dit que les matériaux fonctionnaient « comme des chambres d’hôtel », où de grands groupes de molécules pourraient entrer et sortir comme des invités.

Le comité a félicité les lauréats pour la création de structures métal-organiques (MOF), qui « peuvent être utilisées pour extraire de l’eau de l’air du désert, capturer le dioxyde de carbone, stocker des gaz toxiques ou catalyser des réactions chimiques ».

Yaghi, professeur de chimie à l’Université de Californie à Berkeley, né en Jordanie, était en route pour un vol quand il a reçu l’appel l’informant qu’il était lauréat du Nobel. Il a dit qu’il était « stupéfait, ravi et submergé » d’avoir remporté le prix.

« Mes parents savaient à peine lire ou écrire. C’était un sacré long voyage, la science permet cela », a raconté Yaghi.

Yaghi et ses nombreux frères et sœurs ont grandi dans une seule pièce à Amman, en Jordanie, sans électricité ni eau courante. L’école était pour lui un refuge dans une vie autrement difficile, a indiqué le comité.

L’utilité de l’inutile

Plus de 100 000 structures métal-organiques ont été rapportées jusqu’à présent, selon Kim Jelfs, professeure de chimie au Imperial College London.

« Les applications des MOF découlent toutes de leur porosité – un gramme de matériau MOF peut avoir une surface dans ses pores équivalente à la taille d’un terrain de football », a déclaré Jelfs.

L’origine de ces nouveaux matériaux remonte à 1974, lorsque Robson, professeur à l’Université de Melbourne en Australie, enseignait aux étudiants les structures moléculaires en fabriquant des modèles d’atomes avec des boules en bois.

En décidant où percer des trous dans les boules en bois, Robson a réalisé qu’une énorme quantité d’informations chimiques dépendait de la position des trous. Il s’est demandé ce qui se passerait s’il reliait différents types de molécules au lieu d’atomes individuels, et si cela pourrait mener à de nouveaux types de matériaux.

Bien que Robson ait mis plus d’une décennie à tester sa théorie, ses expériences dans les années 1980 ont prouvé que son intuition était correcte. En utilisant du cuivre, Robson a montré que les molécules s’organisaient en une structure moléculaire régulière – similaire à la façon dont les atomes de carbone s’assemblent pour former un diamant.

Mais contrairement aux diamants, où la structure moléculaire est extrêmement compacte, le matériau de Robson contenait un grand nombre de grands vides, ce qui suggérait qu’il pourrait mener à la création de nouveaux matériaux.

Kitagawa, professeur à l’Université de Kyoto au Japon, a bâti sur les insights de Robson. Au début, Kitagawa n’était pas convaincu par les applications pratiques de ces matériaux, mais le comité a dit que le chimiste avait guidé sa carrière par la quête de « l’utilité de l’inutile ». Kitagawa a commencé à explorer le potentiel pour créer des structures moléculaires poreuses et a présenté la sienne pour la première fois en 1992. Même à l’époque, les bailleurs de fonds de recherche n’étaient pas particulièrement impressionnés.

Ce n’est qu’en 1997 que Kitagawa a réalisé sa première grande percée en développant une nouvelle molécule capable d’absorber et de libérer du méthane, de l’azote et de l’oxygène.

Pendant ce temps, Yaghi – qui a déménagé de Jordanie aux États-Unis à l’âge de 15 ans – a utilisé les recherches de Kitagawa et Robson à l’Université d’État de l’Arizona pour développer une structure métal-organique entièrement nouvelle, MOF-5, que le comité a qualifiée de « classique » dans le domaine de la chimie. Même vide, cette structure peut être chauffée à 570 degrés Fahrenheit (300 degrés Celsius) sans s’effondrer.

Aspirer l’eau de l’air du désert

La capacité à intégrer un nombre énorme de vides dans un espace si petit a permis au groupe de recherche de Yaghi d’aspirer de l’eau de l’air du désert en Arizona.

« La nuit, leur matériau MOF capturait la vapeur d’eau de l’air. Quand l’aube arrivait et que le soleil chauffait le matériau, ils pouvaient collecter l’eau », a expliqué le comité.

Les recherches des lauréats ont une multitude d’applications réelles et pourraient offrir un moyen de combattre le changement climatique en capturant le dioxyde de carbone de l’atmosphère. D’autres applications incluent l’élimination de « produits chimiques éternels » de l’eau et la décomposition de traces de produits pharmaceutiques dans l’environnement.

« On pourrait théoriquement absorber le dioxyde de carbone et, au lieu de le relâcher dans l’atmosphère, le collecter dans un appareil », a déclaré Sara Snogerup, professeure de chimie physique à l’Université de Lund en Suède. « C’est un espoir fort… mais bien sûr, il faudrait l’appliquer à très grande échelle. »

L’année dernière, le prix a été décerné à un groupe de trois scientifiques qui ont utilisé l’intelligence artificielle pour « cracker » le code de presque toutes les protéines connues, les « outils chimiques de la vie ». Parmi eux se trouvait Demis Hassabis, PDG de Google DeepMind à Londres, dont le travail a aidé à développer un modèle d’IA qui prédit les structures complexes des protéines – un problème non résolu pendant 50 ans.

En 2023, trois chercheurs ont partagé le prix pour leur travail sur la découverte et le développement de points quantiques utilisés dans les lumières LED et les écrans de télévision, ainsi que par les chirurgiens pour enlever les tissus cancéreux.

Le prix s’accompagne d’une dotation de 11 millions de couronnes suédoises (1 million de dollars américains).