Des MOF au cœur d une révolution chimique
Le prix Nobel de chimie 2025 a été attribué à Susumu Kitagawa, Richard Robson et Omar M. Yaghi pour leurs travaux sur les réseaux métallo-organiques, connus sous le nom MOF. Ces structures moléculaires poreuses présentent de vastes cavités par lesquelles peuvent circuler gaz et autres substances chimiques, ouvrant ainsi de nombreuses perspectives dans les domaines du climat et de l environnement.
L annonce officielle a été faite peu avant midi, mercredi, par Hans Ellegren, secrétaire général de l Académie royale des sciences de Suède.
Des lauréats issus de trois continents
Susumu Kitagawa est affilié à l université de Kyoto au Japon, Richard Robson est lié à l université de Melbourne en Australie, et Omar M. Yaghi, originaire d Amman en Jordanie, est basé à l Université de Californie à Berkeley.
Qu est ce qu un MOF et pourquoi cela compte
Les lauréats ont mis au point des structures moléculaires présentant de grands espaces internes permettant le passage et le stockage de gaz ou d autres substances chimiques. Ces réseaux métallo-organiques peuvent être exploités pour collecter l eau présente dans l air des déserts, capturer le dioxyde de carbone, stocker des gaz toxiques et même catalyser certaines réactions chimiques.
Une architecture inspirée du diamant
Le travail de Richard Robson s inspire de la structure du diamant, où chaque atome de carbone se lie à quatre autres selon une géométrie pyramidale. En substituant le carbone par des ions cuivre et en utilisant une molécule à quatre bras terminée par un groupe nitrile, il a guidé la formation d un cristal ordonné et largement poreux. Cette approche a démontré qu une grande structure moléculaire pouvait se former lorsque les composants s organisent mutuellement autour des ions cuivre.
Des premiers radars et une vision révolutionnaire
À l époque, bon nombre de chimistes percevaient ces MOF comme fragiles ou peu utiles. Cependant l hypothesis de Robson sur l organisation structurale des composants s est avérée fondatrice, et Kitagawa avec Yaghi ont progressivement posé les bases solides qui ont propulsé le concept au rang de material science majeur.
De l idée à une famille de matériaux
Dans les années 1990, Susumu Kitagawa explorait l idée d utilité de l utile en dressant des structures poreuses sans fonction précise initiale et en démontrant la faisabilité de canaux ouverts permettant l encastrement et la libération de gaz sans déformation. En 1997, il crée une MOF traversée de canaux ouverts, et en 1998 il avance que ces MOF peuvent être fabriquées à partir d une diversité de molécules et peuvent être flexibles.
Omar Yaghi et MOF-5, une étape clé
De son côté, Omar Yaghi a appliqué une approche rationnelle pour assembler des matériaux à partir de pièces métalliques et organiques. En 1995, il décrit des structures bidimensionnelles stables qui pouvaient supporter des molécules dans leurs cavités et résister à des températures élevées. En 1999, il met au point MOF-5, un matériau extrêmement stable avec des cavités cubiques et une capacité impressionnante : quelques grammes suffisent à offrir une surface équivalente à celle d un terrain de football. Par la suite, il démontre qu il est possible de générer des familles entières de MOF en variant les liaisons moléculaires, donnant naissance à des matériaux aux propriétés diversifiées, notamment seize variantes de MOF-5 avec des cavités de tailles différentes.
Des applications qui s étendent à l eau et au climat
Les MOF ont été explorés comme outils pour des usages variés, allant de la collecte d eau dans l air ambiant à des procédés de capture du dioxyde de carbone, en passant par le stockage sûr de gaz toxiques et la catalyse de réactions chimiques. Des exemples illustrent le potentiel de ces structures à intervenir dans des domaines liés au climat et à l environnement.
Le MOF, matériau du XXIe siècle?
Aujourd hui, les MOF ne cessent d élargir leur champ d application. Le recours à un ensemble de composants chimiques permet de concevoir des MOF sur mesure, avec des formes et des propriétés variées. Cette approche, compatible avec des méthodes de conception rationnelle et avec l IA, ouvre des perspectives prometteuses pour l ingénierie des matériaux. Des démonstrations concrètes, comme la collecte d eau las nocturne dans des environnements arides et sa récupération lors du réchauffement, témoignent du potentiel pratique de ces structures.
Conclusion et perspectives
Selon le comité de l Académie royale des sciences de Suède, les travaux de Kitagawa, Robson et Yaghi ont permis d élaborer des structures métallo-organiques extensibles et fonctionnelles, capables d accueillir des cavités et d assembler des composants métalliques et organiques. Leurs contributions sont présentées comme apportant un bénéfice notable à l humanité et comme prometteuses pour des avancées futures dans le domaine de la chimie et des applications liées au climat et à l environnement.
Stéphanie Jaquet et les agences
