Chirurgie au laser pour les molécules

La chimie – la concrétisation des règles qui régissent la nature. Mais le laboratoire de chimie, ce sont aussi des odeurs nauséabondes ou des explosions. Les scientifiques rêvent donc depuis longtemps de contrôler à dessein la formation et la décomposition des molécules : augmenter les rendements en produits réactionnels et éviter les sous-produits indésirables. Le laboratoire classique atteint souvent ses limites – la chimie fusionne avec la physique. La condition à cette alchimie moderne, ce sont les rayons laser, qui permettent de contrôler les réactions chimiques. Les lasers émettent une lumière très intense de longueur d'onde et de fréquence déterminées. Une équipe de jeune physiciens de l'université de Wurtzbourg vient de construire un appareil appelé conformateur d'impulsions à femtosecondes. Des impulsions laser qui durent une fraction de milliardième de seconde permettent de déclencher des réactions chimiques. Cette invention rompt avec la tradition qui veut que la chimie soit prévisible. Les scientifiques laissent le laser et l'ordinateur qui le pilote déterminer la meilleure voie pour parvenir au résultat souhaité. Ce procédé exploite non seulement certaines lois fondamentales de la physique quantique, comme le principe d'incertitude d'Heisenberg, mais également des principes biologiques.

Gustav Gerber : Notre procédé est basé sur la reproduction de l'évolution biologique. Dans l'évolution, le hasard est directement présent par le biais des mutations et des croisements. Autrement dit, le principe de hasard intervient dans la découverte d'un chemin réactionnel entièrement nouveau pour une réaction donnée.

Grâce à des impulsions laser d'une extrême brièveté, les scientifiques de l'université de Wurtzbourg peuvent couper une molécule comme avec un scalpel. Le fonctionnement précis de cet outil est illustré avec un composé organométallique, qui sert à produire des films métalliques. Grâce à des impulsions laser parfaitement dosées, ce n'est pas la liaison la plus faible de la molécule qui va se briser en premier, mais celle qu'ont choisie les scientifiques. Les impulsions lumineuses extrêmement brèves ne contiennent pas une seule couleur, mais tout un spectre de couleurs. La tâche du conformateur d'impulsions consiste à ordonner la séquence de ce spectre de couleurs de sorte que les impulsions lumineuses atteignent la molécule au moment précis où elles auront un effet maximal. À la manière d'un pendule qui fait un tour complet si on lui donne une impulsion au bon moment.

Gustav Gerber : Lors d'une réaction chimique, des atomes sont mis en mouvement. Avec des impulsions lumineuses de l'ordre de la femtoseconde, nous sommes en mesure de suivre ces mouvements des atomes. Nous pouvons dire à quel emplacement se trouvent les atomes à un moment donné. Cela nous permet d'intervenir de l'extérieur dans la réaction chimique au niveau microscopique, et de dire au système à quel moment et dans quelle position ordinaire il doit utiliser tel ou tel chemin réactionnel.

Les laboratoires de chimie pourraient présenter bientôt un tout autre visage. Le premier objectif sera d'augmenter encore les rendements des produits réactionnels cherchés. Avec leur laser, les scientifiques de l'université de Wurtzbourg ont conçu un outil concret : dans la molécule, la liaison chimique se rompt avec un rendement optimal au moment précis où la bonne forme d'impulsion est présente. Les premiers intéressés par la nouvelle technologie sont les entreprises pharmaceutiques. Elles espèrent obtenir avec le laser à femtosecondes des médicaments d'une extrême pureté, donc plus faciles à supporter.