Les chercheurs Susumu Kitagawa, du Japon, Richard Robson, de l’Australie, et Omar Yaghi, de la Jordanie, ont développé une nouvelle forme d’architecture moléculaire, les structures métal-organiques, récompensée aujourd’hui par l’Académie royale suédoise des sciences. Ces structures peuvent contribuer à résoudre certains des plus grands défis de l’humanité, tels que la collecte d’eau dans l’air du désert, la décomposition de résidus pharmaceutiques dans l’environnement ou la capture de dioxyde de carbone.
Ces constructions, constituées de nœuds métalliques interconnectés par des molécules organiques, possèdent des cavités permettant aux molécules d’entrer et de sortir, « comme une structure de bâtiment, mais au niveau moléculaire », a expliqué Moisés Pinto, professeur de génie chimique à l’Institut supérieur technique de l’Université de Lisbonne.
La découverte, révélée au monde il y a plus de quatre décennies, est aujourd’hui étudiée par des scientifiques du monde entier pour ses applications potentielles. Les chercheurs de l’IST participent également à cette course.
« Ici au Técnico, de nombreux groupes explorent ces matériaux », a révélé Moisés Pinto, mentionnant qu’une équipe se concentre sur le traitement des maladies par le stockage de petites molécules, comme le monoxyde d’azote (NO).
« Le NO est très toxique, mais est produit dans le corps humain comme signal pour de nombreuses fonctions biologiques. Si nous pouvons libérer ce gaz de manière très localisée dans des zones spécifiques du corps humain, nous pourrons traiter une série de maladies causées par des dysfonctionnements biologiques », a expliqué le professeur.
Des scientifiques du Técnico utilisent également la découverte des lauréats pour séparer les gaz. Moisés Pinto a donné l’exemple de la séparation des molécules de méthane et de dioxyde de carbone (CO2), un processus réalisable mais avec « une consommation d’énergie très élevée ».
D’autres chercheurs à Lisbonne se concentrent sur la photocatalyse, un processus qui accélère les réactions chimiques grâce à l’action de la lumière et d’un catalyseur.
Les scientifiques du monde entier travaillent pour donner une utilité à la découverte des trois chimistes. Mais ces applications sont-elles déjà économiquement viables ? « C’est une question qui, je pense, recevra une réponse dans les prochaines années », a déclaré le professeur de l’Université de Lisbonne.
Beaucoup de ces applications sont en phase de développement industriel ou pré-industriel.
« Il y a des entreprises qui commencent maintenant à donner leurs premiers pas pour produire ces matériaux à l’échelle industrielle, » mais « il est nécessaire de s’assurer qu’à la fin, cela soit économiquement viable », et aussi durable du point de vue environnemental et énergétique.
Selon Moisés Pinto, « beaucoup de travail reste à faire au niveau du développement des systèmes ».
Pour le professeur de génie chimique, le prix Nobel attribué aujourd’hui « pourrait aider à attirer l’attention de la société et même des entreprises technologiques afin qu’elles se concentrent sur ce domaine et exploitent de manière plus cohérente et à une plus grande échelle les applications possibles de ces matériaux dans différents domaines ».
Depuis la fin des années 90, on savait qu’on pourrait obtenir des structures d’interconnexion entre molécules organiques et centres métalliques pour former des structures tridimensionnelles, a rappelé Moisés Pinto. Au cours de ce siècle, de grands développements ont permis de contrôler la structure des matériaux.
Après les découvertes révolutionnaires des trois lauréats, les chimistes ont construit des dizaines de milliers de structures métal-organiques différentes et certaines pourraient contribuer à résoudre certains des plus grands défis de l’humanité, comme garantir aux populations vivant dans le désert l’accès à de l’eau potable.
« Il est possible, avec ces équipements, d’extraire l’eau présente dans l’air et donc d’obtenir de l’eau liquide à partir de la vapeur d’eau présente dans l’air. Cela est particulièrement pertinent pour de nombreux endroits sur terre où malheureusement les populations n’ont pas accès à de l’eau potable », a souligné Moisés Pinto.