Prix Nobel 1994

1994/11/01 Barrenetxea, Tere - Elhuyar Fundazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Sariak

George A. Olah, un chimiste américain de 67 ans, a remporté le prix Nobel de chimie de cette année.

En 1965 Olah démontre pour la première fois que les atomes qui n'étaient pas des métaux, et spécialement les atomes de carbone, pouvaient avoir une charge électrique positive, formant des structures appelées carbocationes. Cette année-là, son équipe de chercheurs a isolé et caractérisé le premier carbocation stable.

L'atome de carbone, lorsqu'il est en molécules organiques, est associé à quatre autres atomes (comme s'il avait quatre bras) formant des structures sans charge électrique. Par exemple, le gaz naturel que nous utiliserons prochainement pour chauffer nos maisons contient une molécule de CH ₄ appelée méthane. Si on élimine cette molécule un atome d’hydrogène, on forme une «molécule brassée» de charge électrique positive CH _{3 +,} qui n’a que trois liaisons (trois bras). Mais ce processus n'est rien de simple, et cela a été possible grâce aux nouveaux « super-raisonnés » découverts par Olah. Ces surraisonnements sont des millions de fois plus forts que l'acide sulfurique ou similaires utilisés industriellement.

Les carbocations sont très réactifs, ils sont immédiatement éliminés. Toutefois, comme l'a découvert Olah, dans des conditions appropriées, ils peuvent être utilisés pour fournir d'autres molécules organiques d'intérêt. Grâce à ces recherches de base, d’importantes réactions industrielles de «reforming» et de «cracking» ont été développées pour extraire du pétrole gasoline synthétique de bonne qualité. Si de la distillation à l'ébullition du pétrole on devait extraire directement l'essence naturelle, d'une part on obtiendrait très peu (seulement de 10 à 15 pour cent), et d'autre part, étant les hydrocarbures obtenus molécules à longue chaîne, les niveaux d'octane seraient très bas, de mauvaise combustion et polluants.

Cependant, si la distillation du pétrole se fait à travers une série de surraisonnements inventés par Olah, à cause des carbocations, les molécules d'hydrocarbures s'interrompent et se ramifient formant des gasolines de très haut niveau d'octane. Ainsi, d'une part, le pétrole profite beaucoup mieux avec plus d'essence et, d'autre part, étant mieux que la combustion naturelle de ces stations-service synthétiques, il se pollue moins. Aujourd'hui, les stations-service de presque tout le monde sont ainsi obtenus.

Dans les années 1980, l'équipe de chercheurs d'Olah a commencé à rechercher des cations provenant d'autres atomes autres que le carbone ou « molécules ondulées chargées ». En particulier, les ions “silizennium” de l'atome de silicium. Ces études ont eu une grande influence sur les produits chimiques organiques impliqués dans la préparation de molécules complexes au niveau mondial.

Olah est né en 1927 à Budapest (Hongrie), où, en dépit d'être professeur de physique, il a déménagé aux États-Unis en 1957. Outre sa résidence et sa nationalité, son activité scientifique a été totalement modifiée: Chimie organique face à la physique. Après avoir lancé ses premières découvertes de base, il devient professeur en 1977 au prestigieux HSI (Hydrocarbon Search Institute) de Californie du Sud et travaille depuis dans ce centre de recherche.

Olah a publié des centaines de recherches dans les revues scientifiques les plus importantes au monde, toujours en écrivant des ouvrages de chimie profonds, élémentaires et élégants sur des molécules chargées positivement. Tout cela n'a pas empêché sa grande sagesse et son humanité (mesure plus de 1,90 mètres) de se distribuer avec des jeunes chimistes. C'est ce qui s'est passé il y a deux ans lors d'une conférence très proche d'Euskal Herria (dans l'Arcachon français). Il a notamment présenté son dernier projet de recherche dans les débats avec les jeunes médecins et professeurs de l'Université du Pays Basque : la préparation et l'étude de molécules organiques à deux charges positives.

Bertram Brockhouse, un physicien canadien de 76 ans et Clifford Schull, un physicien américain de 79 ans, ont remporté le prix Nobel de physique de cette année.

Les travaux pionniers réalisés dans les années 40 et 50 ont supposé une graine, entre autres, l'Institut Laue-Langevin, l'ILL (France) et les gigantesques centres de recherche ISIS (Grande-Bretagne) construits pour être utilisés par des scientifiques européens. On y crée des neutrons pour étudier la structure atomique de matériaux très divers et sa dynamique par des techniques de dispersion de neutrons.

La principale contribution de Schull a été le développement de techniques de dispersion élastique des neutrons pour connaître la structure atomique. Sa technique a eu une grande influence sur le magnétisme et sur l'union de l'hydrogène dans les matériaux organiques et inorganiques.

Son compagnon Shull et Ernest Wollan (ci-dessus bego) construisirent en 1948 le diaphrageur à neutrons (fractions subatomiques sans charge électrique mais avec spin) pour des échantillons cristallins au laboratoire Oak Ridge (USA). On y sélectionne des neutrons d'une gamme étroite d'énergie à partir de la gamme de neutrons de large gamme d'énergie générée par le réacteur de fission, en difractant des neutrons dans un cristal (monochromatiseur) (en variant la direction du mouvement en traversant le cristal selon la vitesse). Le faisceau de neutrons de la même énergie sélectionnée est dirigé vers l'échantillon objet d'étude pour supporter une nouvelle diffraction. En quantifiant le nombre de neutrons atteint par le détecteur par angle de dispersion et unité de temps, les neutrons dispersés dans cette seconde diffraction, on peut connaître les positions des noyaux atomiques de l'échantillon objet d'étude.

Cette année féconde Shull et ses compagnons ont pu vérifier la capacité de séparer les différents isotopes d'un élément chimique à neutrons et “voir” l'élément le plus léger (hydrogène) jusque-là “invisible”. Auparavant, la principale technique expérimentale pour l’étude de la structure de la matière était la dispersion des rayons X, mais étant la probabilité de dispersion des rayons X proportionnelle au nombre atomique de l’élément, il est impossible de “voir” des éléments légers et de distinguer des éléments de nombre atomique paralysé. Comme ces deux principaux obstacles peuvent surmonter la dispersion des neutrons, une large porte (ouverte) a été ouverte pour étudier la structure de la matière. Comme l'hydrogène est un élément de base des composés organiques, une voie importante a été ouverte pour étudier la chimie organique et les macromolécules biologiques.

L'année suivante Shull et J. Ils ont démontré expérimentalement l'antifromagnetisme de l'oxyde de Smart Manganèse (MnO). Ce fut l'expérience pionnière pour vérifier la dispersion magnétique des neutrons. Il a donc été démontré que le neutron peut être combiné avec la matière de deux façons: 1) par une interaction nucléaire intense avec le noyau et 2) avec les électrons non appareillés par spin, c'est-à-dire avec les moments magnétiques atomiques.

En 1956, il a été embauché par le Massachusetts Institute of Technology (MIT) et est resté jusqu'à sa retraite. Les travaux de recherche de Shull ont suivi le même chemin et jusqu'en 1970, il a publié plusieurs travaux pionniers. Il convient de noter le spectromètre à neutrons polarisés, construit pour la première fois en 1959, capable de distinguer et utiliser le spin «à la hausse» ou «à la baisse» du neutron.

Brockhouse a été récompensé pour sa contribution au développement de techniques de dispersion non élastique des neutrons. Cette technique a permis d'étudier dans les dynamiques matérielles des atomes. Sa technique a eu une grande influence sur le développement des théories de transition entre la structure des liquides et les états solide/fluide.

Brockhouse a développé tout le travail expérimental dans le laboratoire Chalk River. Cependant, à partir de 1962, il a été embauché par l'Université de MacMaster. En 1955, Brockhaus construisit un compteur similaire à Wollan et Shull, mais dans le but d'étudier les énergies des neutrons diffractés dans l'échantillon, il ajouta au spectromètre un autre cristal (analyseur) (formant un spectromètre à trois axes). Ainsi, en plus de la structure statique de la matière, on peut étudier la dynamique des atomes et des moments magnétiques.

Le difractateur conçu par Shull “voit” les noyaux arrêtés ou les moments magnétiques dans un ordre parfait. Mais la température fait vibrer les atomes et les moments magnétiques autour des positions d'équilibre (dynamique microscopique). La dynamique microscopique à rayons X est pratiquement inaccessible, mais l'énergie des neutrons thermiques est d'ordre atomique, de sorte qu'il peut être facilement mesuré avec un spectromètre à trois axes.

Brockhouse et ses compagnons ont été très productifs dans la conception de spectromètres à dispersion non élastique, parmi lesquels le verre rotatif et le spectromètre de temps de vol (la vitesse des neutrons (énergie) est mesurée, en mesurant le temps nécessaire pour voyager un tronçon connu). Parmi les mesures prises, on peut citer l'obtention du premier spectre de magnes (ondes magnétiques) et celui de dispersion dans l'eau liquide.

Le champ de recherche, dirigé par Brockhouse et Shull, a dépassé les limites de la physique nucléaire et de l'état solide et s'est étendu à d'autres domaines des sciences.

Dans Euskal Herria il y a aussi deux ou trois groupes de recherche qui utilisent les gigantesques laboratoires de neutrons ILL et ISIS d'Europe, et en 1990 a eu lieu au siège de l'UPV/EHU de Deusto un congrès sur la dispersion des neutrons.

Le Prix Nobel de médecine et de physiologie a été décerné à deux chercheurs américains: Alfred Gilman et Martin Rodbell pour leur travail sur les mécanismes d'action hormonale.

Pour qu'un organisme fonctionne, il est nécessaire que ses composants agissent de manière coordonnée et pour cela ils doivent se connaître mutuellement. En particulier, les cellules doivent être continuellement informées de l'état de cet organisme pour agir d'une manière ou d'une autre en fonction de cette situation.

Les hormones sont les messagers chimiques chargés de l'intégration et de la coordination biochimique des êtres vivants. Les cellules répondent à la présence de messagers chimiques comme les hormones, modifiant certaines de leurs activités en les adaptant à la situation que ce message vous indique.

Certaines hormones sont incorporées dans vos cellules cibles. D'autres restent à l'extérieur de la cellule. Dans ce dernier cas, si le signal laissé à l'extérieur va influencer l'activité biochimique de cette cellule, il est clair qu'il faut créer un second messager dans la cellule.

Dans le langage technique, la transformation du signal extracellulaire qui apporte l'hormone en intracellulaire est appelée transduction du signal. Un type de protéines qui participe au processus de transduction a été l'objet d'étude de ce prix Nobel de cette année. Ces protéines sont appelées protéines G, pour leur capacité de liaison des nucléotides de guanine. Ces chercheurs ont découvert ces protéines G et ont démontré leur participation à la transduction du signal.

Depuis lors, beaucoup de protéines G différentes ont été isolées. La plupart d'entre elles, plus de 1.000, sont liées à l'odorat et le goût. D'autres sont liés à la neurotransmission, la régulation des niveaux de glucose et la pression sanguine ou la fonction rénale. Par conséquent, une bonne activité de protéines G et de protéines comme celles-ci sont d'une grande importance pour les êtres vivants et certaines maladies sont causées par le dysfonctionnement de ces protéines. Par exemple, les toxines de la colère et le dôme ajoutent aux protéines G et modifient leur activité en développant la maladie.

Ils ont également été liés au cancer par d'autres découvertes, car certaines protéines G peuvent convertir des cellules normales en cellules cancéreuses. À la lumière de ces données, on peut conclure que les protéines G ont également à voir avec le contrôle de la reproduction cellulaire. Cette voie peut générer de nombreuses études pour les oncologues dans les années à venir.

Les lauréats, Gilman et Rodbell, sont américains. Alfred Gilman, 53 ans, travaille au département de pharmacologie de l'Université du Texas. Martin Rodbell, 69 ans, dirige l'Institut national des sciences de la santé environnementale de la Caroline du Nord.