Quand les produits chimiques se mettent à notre rythme
Le Dr Matthias Kübel, de l’Université Ludwig-Maximilian de Munich, a réalisé d’importants progrès dans l’utilisation des lasers pour la recherche sur les réactions chimiques dans le cadre du projet européen ATTOCHEM. Soutenu par le programme Marie Curie, le Dr Kübel a passé deux ans au Conseil national de recherches Canada (CNRC), à Ottawa, où il a étudié le comportement des électrons et des noyaux lors de réactions photochimiques (déclenchées par l’absorption de la lumière). Il s’est également penché sur les façons de manipuler des molécules. Le Dr Kübel pense que ses travaux de recherche aideront à mieux comprendre le mouvement des électrons lors de réactions photochimiques telles que la photosynthèse chez les plantes, les lésions de l’ADN et le fonctionnement de la vision dans l’œil humain. Cette meilleure compréhension pourrait permettre de contrôler ces réactions chimiques et, par conséquent, de faire des progrès décisifs dans l’inhibition des lésions de l’ADN susceptibles d’être à l’origine d’un cancer ou de développer de nouvelles sources d’énergie verte. «On peut considérer chaque biomolécule comme une petite machine qui accomplit une certaine tâche», explique-t-il. «Ces machines sont mises en marche lorsqu’un (ou plusieurs) de ses électrons est excité. Cela entraîne un déplacement d’électrons, un courant au sein de la molécule. Jusqu’à présent, nous avons été capables de visualiser la structure de nos petites machines, mais les occasions de vraiment les voir à l’œuvre ont été rares». Au laboratoire du CNRC, le Dr Kübel a élaboré une méthode permettant de voir ces petites machines à l’œuvre et d’obtenir des images de la dynamique électronique et nucléaire qui se cache derrière les réactions chimiques rapides. C’est un exploit car les électrons se déplacent rapidement: il s’agit typiquement de femtosecondes, voire d’attosecondes (0,000000000000000001 seconde). Une attoseconde est à la seconde ce que la seconde est à l’âge de l’univers. Dans le cadre de ses travaux, le Dr Kübel a mis au point un nouveau type de caméra à image continue qui permet de faire des mesures à l’attoseconde du mouvement des électrons dans des champs laser puissants. Il a baptisé cette méthode «technique STIER». Les plus petites échelles de temps de la nature Une caméra à image continue conventionnelle contient une paire de plaques sur lesquelles est appliquée une tension qui varie rapidement. Cette tension variable est utilisée pour étaler un signal dépendant du temps sur un détecteur sensible à la position, et réaliser ainsi une projection du temps dans l’espace. Mais ce n’était pas assez rapide pour les besoins du Dr Kübel. Il a remplacé la tension variable par un champ laser infrarouge. «Le champ électrique varie de manière bien contrôlée plus de 1 000 fois plus rapidement que ce que l’on peut obtenir avec l’électronique conventionnelle», déclare-t-il. Cela lui a permis de cartographier la dépendance temporelle de l’ionisation en champ fort sur la vitesse finale des photoélectrons. Il a ensuite mesuré ces derniers avec un spectromètre photoélectronique pour effectuer des mesures à l’attoseconde. Le projet ATTOCHEM a non seulement permis d’observer les molécules en mouvement, mais il a également prouvé que la technique STIER pouvait servir à modifier de manière transitoire la façon dont la cohésion d’une molécule est maintenue. «Nos manipulations nous permettent de contrôler pour quelles géométries une molécule se disloque et pour quelles géométries elle ne le fait pas», explique le Dr Kübel. «Nous l’avons fait pour la molécule d’hydrogène, qui est très simple. Les résultats sont assez frappants et très différents de ce qui a été observé auparavant». Il a également étendu sa méthode pour scinder sélectivement les liaisons dans le gaz d’acétylène. Le Dr Kübel est impatient de poursuivre ses recherches en Allemagne sur des molécules plus complexes: «Développer de nouveaux produits chimiques et découvrir de nouvelles voies réactionnelles en appliquant une lumière laser, c’est le rêve d’un contrôle cohérent».
Mots‑clés
ATTOCHEM, électrons, molécules, caméra à image continue, réactions chimiques, ADN, photosynthèse
