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Les 10 découvertes de 2018

Gauchères ou droitières, les molécules chirales se révèlent

03-01-2019

Les chercheurs Antoine Comby et Samuel Beaulieu effectuent des réglages fins sur l’interféromètre qu’ils ont fabriqué pour réaliser l’expérience. Photo: Samuel Beaulieu

Certaines molécules sont parfois gauchères, parfois droitières. En plus de cette bizarrerie, on sait maintenant qu’elles ont des temps de réaction inégaux lorsqu’elles sont bombardées par des lasers.

À l’Université de Bordeaux, chercheurs et étudiants se sont habitués à l’odeur de camphre qui envahissait parfois les couloirs du Centre Lasers intenses et applications. C’est le doctorant québécois Samuel Beaulieu qui était à l’origine de ces effluves ; il ne soignait pourtant aucun rhume.

« Je travaillais sur la chiralité, explique le jeune chercheur, maintenant à l’Institut Fritz-Haber de Berlin. Un composé chiral est un peu comme la main humaine : ses molécules existent en deux versions. » Dans les deux versions, l’assemblage des atomes est le même, mais la configuration tridimensionnelle est inversée à un endroit de la molécule. C’est le cas notamment des molécules de camphre, qui sont un peu comme nos mains : certaines sont « gauchères », d’autres sont « droitières », image miroir l’une de l’autre.

Molécules miroir

Bien souvent, la chiralité ne change rien aux propriétés chimiques des substances. Le camphre sent le camphre, quel qu’il soit. Mais parfois elle change tout. Les molécules « miroirs » de certains médicaments peuvent avoir des effets biochimiques très différents. « En pharmacologie, continue Samuel Beaulieu, il est primordial de distinguer les versions de certaines molécules. L’ingrédient actif du Vicks, par exemple, est un décongestionnant nasal. Mais la “mauvaise” version du même composé est une drogue dangereuse : la méthamphétamine. »

Ainsi, les molécules chirales ne sont pas toujours de parfaits clones. À preuve, elles réagissent différemment lorsqu’on les percute avec un laser, une méthode qui permet de les ioniser, c’est-à-dire de leur arracher un électron. « Et on sait que, si ce laser est polarisé circulairement et que la molécule est chirale, l’électron sera propulsé plus souvent vers l’avant ou vers l’arrière, selon la version de la molécule. J’ai voulu savoir si ces électrons étaient envoyés aussi rapidement dans une direction que dans l’autre. »

Beau défi : à l’échelle moléculaire, une ionisation est d’une rapidité inimaginable, de l’ordre de l’attoseconde, soit un milliardième de milliardième de seconde. Mais grâce à des équipements de pointe et des impulsions laser ultrabrèves, l’étudiant-chercheur a pu étudier le phénomène. Un tour de force qui a fait l’objet d’un article dans la revue Science en décembre 2017.

À Varennes, au centre Énergie Matériaux Communication de l’Institut national de la recherche scientifique, le chimiste et photophysicien François Légaré arpente son laboratoire. Sur d’énormes tables antivibrations, au milieu d’une myriade de lentilles et de gros lasers, trône une enceinte métallisée de la taille d’une grosse machine à expresso. « Ce montage est semblable à celui que Samuel avait conçu pour ses expériences, indique celui qui a supervisé les travaux du doctorant, conjointement avec Yann Mairesse à Bordeaux. C’est une chambre à hypervide. À l’intérieur, on crée un vide à peu près total, puis on envoie le camphre sous forme gazeuse par cet injecteur. La lumière polarisée du laser entre ici, par cette fenêtre, et est focalisée dans l’échantillon de camphre. » Des capteurs extrêmement sensibles complètent le montage autour de l’enceinte et servent à détecter les électrons éjectés.

Comme une course

« L’impulsion laser est comme le signal de départ d’une course, illustre Samuel Beaulieu. J’ai découvert que, lorsque les électrons partent vers l’avant, ils ont de “meilleurs réflexes” : ils s’échappent une dizaine d’attosecondes plus tôt que lorsqu’ils sont projetés vers l’arrière. Et ces résultats s’inversent si on utilise l’autre version de la molécule de camphre. Notre marge d’erreur est de deux attosecondes. »

Dix attosecondes, des broutilles ? Difficile à dire : on ne découvre pas tous les jours une nouvelle propriété fondamentale de la matière. À cette échelle de temps où une seconde ressemble à un milliard d’années, quelques attosecondes ont peut-être plus d’importance qu’on croit.

Ont aussi participé à la découverte : des chercheurs de l’Université de Bordeaux, de l’Université Pierre et Marie Curie − Paris 6, de l’Institut Weizmann des sciences d’Israël et du Centre national de la recherche scientifique (France).

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