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Perspectives en Chimie : moléculaire, supramoléculaire, adaptative...

Jean-Marie Lehn
p. 3-4

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Mots-clés :

chimie
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Texte intégral

1La chimie joue un rôle central tant par sa place au sein des sciences de la nature et de la connaissance que par son importance économique et son omniprésence dans notre vie quotidienne. Comme elle est présente partout, on finit par l’oublier et elle risque de n’être signalée nulle part. Elle ne se donne pas en spectacle, mais, sans elle, les réalisations que l’on s’accorde à trouver spectaculaires ne pourraient voir le jour : exploits thérapeutiques, prouesses spatiales, merveilles de la technique, etc. Elle contribue de façon déterminante aux besoins de l’humanité en nourriture et en médicaments, en vêtements et en habitations, en énergie et en matières premières, en transports et communications. Elle fournit des matériaux à la physique et à l’industrie, des modèles et des substrats à la biologie et à la pharmacologie, des propriétés et des procédés aux sciences et aux techniques.

2C’est donc aux interfaces entre la chimie, la biologie, la physique et la société que s’ouvrent les voies d’avenir les plus riches. La chimie est ainsi Science de la structure et de la transformation de la matière. Elle joue un rôle primordial dans notre compréhension des phénomènes matériels, dans notre capacité d’agir sur eux et de les modifier, de les contrôler et d’en inventer de nouvelles manifestations. Elle est aussi science de transfert, nœud de communication et relais entre le simple et le complexe, entre les lois de la physique et celles du vivant, entre le fondamental et l’appliqué.

3La chimie est aussi une industrie, du produit de grand tonnage à la haute technologie la plus innovante, des nanomatériaux aux molécules thérapeutiques finement ciblées.

4Depuis environ deux siècles, la chimie moléculaire a édifié un vaste ensemble de molécules et de matériaux de plus en plus sophistiqués. De la synthèse de l’urée en 1828 à l’achèvement, dans les années 1970, de la synthèse de la vitamine B12, cette discipline n’a cessé d’affirmer son pouvoir sur la structure et la transformation de la matière.

5Notons que la synthèse de l’urée, molécule contenue dans les organismes vivants, démontra aussi qu’il était possible d’obtenir une molécule « organique » à partir d’un composé minéral et qu’il n’était nul besoin d’une mystérieuse « force vitale ». Ce fut une profonde modification conceptuelle du rapport entre l’animé et l’inanimé.

6Par-delà la chimie moléculaire s’étend le domaine de la chimie supramoléculaire, qui s’intéresse non pas à ce qui se passe dans les molécules, mais à ce qui se trame entre elles. Son objectif est de comprendre et de contrôler la façon dont les molécules interagissent les unes avec les autres, se transforment, ignorant d’autres partenaires. Emil Fischer avait, dès 1894, proposé l’image géométrique de la clé et de la serrure, pour décrire la relation entre une enzyme et son substrat. Aujourd’hui, nous parlons de « reconnaissance moléculaire », mettant en œuvre une double complémentarité à la fois géométrique et interactionnelle entre récepteur et substrat, qui représente l’information moléculaire entrant en jeu. La chimie supramoléculaire a ainsi été à l’origine de la perception de plus en plus aiguë, l’analyse de plus en plus profonde et l’application de plus en plus délibérée en chimie du paradigme de l’information dans l’élaboration et la transformation de la matière. Elle a tracé la voie permettant d’aller d’une matière simplement condensée vers une matière de plus en plus hautement organisée, vers des systèmes de complexité croissante. Elle met en œuvre le concept d’information moléculaire dans le but d’acquérir progressivement le contrôle sur les propriétés spatiales (structurales) et temporelles (dynamiques) de la matière et sur sa complexification par auto-organisation.

7La chimie, en plus d’être science de la structure et de la transformation de la matière, est donc aussi science de l’information : stockage moléculaire de l’information, portée par la molécule, dans sa structure, sa forme, sa composition, lecture et traitement de cette information au niveau supramoléculaire, par les interactions entre les molécules. Au fur et à mesure que ces processus ont été mieux compris, la question s’est posée de leur mise en œuvre pour réaliser la génération, l’édification spontanée mais contrôlée d’architectures supramoléculaires complexes à partir de leurs briques moléculaires en une sorte d’auto-fabrication. Ainsi en chimie, comme dans d’autres domaines, le langage de l’information élargit et étend celui de la constitution, de la structure et de la transformation vers l’élaboration d’architectures et de comportements de plus en plus complexes. Il influencera profondément notre perception de la chimie, la manière dont nous la pensons et la façon dont nous la pratiquons.

8Le stockage de l’information au niveau moléculaire et son traitement au niveau supramoléculaire présentent de vastes perspectives où se retrouvent chimie, biologie et physique. En particulier, la mise en œuvre de systèmes chimiques programmés donnant lieu à des phénomènes d’auto-organisation permet d’envisager la génération de nanostructures par assemblage spontané mais contrôlé de leurs éléments, offrant ainsi aux nanosciences et aux nanotechnologies une puissante et attrayante alternative aux techniques de nanofabrication.

9La chimie supramoléculaire est aussi une chimie dynamique, dont les objets, du fait de la labilité des interactions qui les lient entre eux, ont la capacité de se modifier : leur constitution peut varier par incorporation, décorporation ou échange de composants. L’extension de cette propriété aux molécules s’est faite par introduction de liaisons résultant de réactions réversibles. Ainsi a émergé une chimie dynamique constitutionnelle qui ouvre sur une nouvelle étape, celle de la chimie adaptative, où le système effectue une sélection parmi les briques/composants disponibles pour se construire et devient capable d’adapter la constitution de ses objets en réponse aux sollicitations de stimuli physiques ou d’effecteurs chimiques. Sélection, variation de constitution, adaptation représentent un profond changement de paradigme en chimie, qui acquiert ainsi une coloration darwinienne !

10La physique dévoile les lois de l’Univers, la biologie déchiffre les règles de la Vie. Mais on peut arguer que le processus le plus fondamental est celui qui a conduit l’évolution de l’univers vers des formes de plus en plus complexes de la matière : l’auto-organisation. De la matière divisée à la matière condensée puis organisée, vivante et pensante, le déploiement de l’Univers nourrit l’évolution de la matière vers un accroissement de complexité par auto-organisation sous la pression de l’information. La chimie s’inscrit dans le grand projet de la Science comme cette science dont la tâche est de révéler les voies de l’auto-organisation et de tracer les chemins menant de la matière inerte, par une évolution prébiotique purement chimique, à la césure de la Vie, et par-delà à la matière vivante et pensante.

11Dans le long terme, le développement des sciences chimiques se fait vers une chimie des systèmes complexes, embrassant les perspectives de plus en plus vastes, gravissant l’échelle de la complexité. Ainsi la chimie dans son sens le plus large donne les moyens de démêler les fils et de retracer les voies conduisant vers la complexification progressive de la matière par auto-organisation. Le but est de découvrir, comprendre et mettre en œuvre étape par étape les règles qui gouvernent l’évolution de la matière de l’inanimé à l’animé et par-delà, jusqu’à acquérir la capacité de créer de nouvelles formes de matière complexe.

12La chimie fournit des moyens d’interroger le passé, d’explorer le présent et de jeter des ponts vers le futur. Par son objet, la molécule et le matériau, elle exprime sa faculté créatrice, son pouvoir de produire des molécules et des matériaux nouveaux, doués de propriétés nouvelles. Nouveaux, en effet, car n’ayant pas existé avant d’être créés par recomposition des agencements des atomes en des combinaisons et des structures inédites et infiniment variées. Par la plasticité des formes et des fonctions de l’objet chimique, par sa puissance créatrice, la chimie n’est pas sans analogie avec l’art.

13Comme l’artiste, le chimiste imprime dans la matière les produits de son imagination créatrice. La pierre, les sons et les mots ne contiennent pas l’œuvre que le sculpteur, le compositeur, l’écrivain modèlent à partir d’eux. De la même manière, le chimiste crée des molécules originales, des matériaux nouveaux et des propriétés inédites à partir des éléments que la matière lui fournit.

14Le propre de la chimie n’est pas de découvrir seulement, mais d’inventer et de créer surtout. Le livre de la chimie n’est pas à lire seulement, il est à écrire ! La partition de la chimie n’est pas à jouer seulement, elle est à composer.

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Pour citer cet article

Référence papier

La Lettre du Collège de France no 31, Paris, Collège de France, juin 2011, p. 3-4, ISSN 1628-2329.

Référence électronique

Jean-Marie Lehn, « Perspectives en Chimie : moléculaire, supramoléculaire, adaptative... », La lettre du Collège de France [En ligne], 31 | juin 2011, mis en ligne le 28 novembre 2011, consulté le 30 septembre 2014. URL : http://lettre-cdf.revues.org/1172

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Auteur

Jean-Marie Lehn

Prix Nobel de Chimie. Titulaire de la chaire de Chimie des interactions moléculaires

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Droits d’auteur

© Collège de France

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