Anne-Sophie Duwez, Professeure et Directrice du Laboratoire NanoChem de l’Université de Liège a été sélectionnée pour recevoir un ERC Advanced Grant du Conseil Européen de la Recherche pour son projet ChemForce. Ce financement prestigieux – près de 2.5 M€ sur une période de 5 ans - lui a été attribué pour développer des recherches qui visent à mieux comprendre la manière dont les forces mécaniques et la chimie s'influencent mutuellement en étudiant la rupture et la reformation de liaisons chimiques de base. Un programme de recherche qui pourrait avoir des applications dans le domaine de la chimie verte et du développement de matériaux avec des propriétés mécaniques uniques.
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n 1952, Schrödinger écrivait que nous ne ferions jamais d'expériences avec un seul électron, un seul atome ou une seule molécule. 40 ans plus tard, les méthodes dérivées des microscopes à sonde à balayage (SPMs) permettent de manipuler des atomes et des molécules uniques, et même des liaisons uniques. La spectroscopie de force sur molécule unique (SMFS), qui consiste à piéger et à étirer une molécule entre une pointe de microscopie à force atomique (AFM) et une surface, permet de sonder (et/ou d'induire) des processus moléculaires in situ et en temps réel par l'application de forces mécaniques. Ces expériences ont fourni des informations sans précédent sur la structure et la fonction de nombreux systèmes biologiques, comme l'ADN, les protéines, les enzymes, les machines moléculaires, etc. La possibilité d'observer une seule molécule à la fois nous permet de poser et de répondre à des questions qu'il est impossible, ou extrêmement difficile, d'aborder par des techniques classiques d'ensemble.
Anne-Sophie Duwez, Professeure de chimie et Directrice du Laboratoire NanoChem (Unité de recherches MolSys / Faculté des Sciences) de l’ULiège figure parmi les chercheurs qui travaillent avec ces techniques de pointe. « La SMFS a contribué à des avancées majeures en biologie et biophysique. Elle a été exploitée dans une bien moindre mesure par les chimistes, principalement dans le domaine des polymères. Elle reste largement sous-exploitée en chimie » Un constat qui a poussé la chercheuse à s’intéresser à la manière dont les forces et la chimie s'influencent mutuellement. « La mécanique des liaisons chimiques n'en est qu'à ses débuts et pourrait largement bénéficier de la SMFS. Des questions majeures qui n'ont pu être abordées jusqu'à présent, notamment concernant la réversibilité mécanique des liaisons chimiques et la durée de vie des liaisons sous charge mécanique, pourraient être élucidées. La SMFS offre des opportunités remarquables pour faire progresser notre compréhension fondamentale des liaisons chimiques. Elle peut également ouvrir des voies pour exploiter la capacité des charges mécaniques à affecter la chimie et guider la réflexion dans la conception de nouveaux matériaux, réactions et processus, dans un cadre autre que celui de la thermodynamique en solution. »
Cependant, la mise en œuvre de la mécanique de la molécule unique sur de petites molécules synthétiques reste un défi majeur en raison de la très petite échelle des processus impliqués par rapport aux grands systèmes biologiques. La difficulté vient de la nécessité de développer des outils adéquats et de préparer des molécules appropriées qui peuvent être interfacées avec le dispositif, en particulier lorsque l'on veut sonder la réversibilité des liaisons. « La SMFS est très exigeante et seuls quelques laboratoires dans le monde réunissent l'expertise suffisante pour concevoir, réaliser et interpréter des expériences SMFS avancées sur mesure. Au cours des dernières années, mon groupe a acquis l'expertise nécessaire et a développé une série d'approches pionnières dans le domaine de la SMFS qui nous permettent maintenant de nous attaquer à cette grande question, qui nécessite un effort conjoint considérable entre les chimistes de synthèse, les physico-chimistes et les ingénieurs. »
Le projet ChemForce, qui vient d’être sélectionné par le Conseil Européen de la Recherche pour un financement Advanced Grant souhaite élargir le champ d'utilisation de la SMFS et l'adapter afin d’obtenir une image détaillée de l'interaction entre les forces mécaniques et la chimie au niveau de la molécule unique. « Nous pallierons l'une des principales limitations de la SMFS au cours des 25 dernières années, à savoir l'impossibilité ou l'extrême difficulté de sonder la reformation des liaisons après leur rupture. Dans ce but, nous synthétiserons et sonderons une série de molécules contenant des liaisons attachées pour étudier leur stabilité mécanique en fonction de leur géométrie et de l'environnement, y compris le temps qu'elles peuvent résister à une force définie, et leur réversibilité (schéma). La structure attachée garantit que les composants de la liaison restent à proximité immédiate après la rupture de celle-ci, ce qui laisse la possibilité de reformer la liaison et d'étudier comment les forces mécaniques et la proximité peuvent déclencher une réaction chimique. » Le projet, qui durera cinq ans, va permettre d’obtenir une compréhension détaillée de la façon dont les forces mécaniques peuvent modifier la surface d'énergie libre des réactions chimiques. De la recherche fondamentale, mais qui pourrait avoir de nombreuses applications, notamment dans le domaine de la synthèse par mécanochimie, et donner des clés pour la construction de matériaux auto-réparants beaucoup plus performants et mieux contrôlés.
Les ERC Grants constituent des instruments majeurs déployés par le Conseil Européen de la Recherche pour financer des projets de recherche en Europe. La procédure, extrêmement sélective, ne retient que les meilleurs chercheurs et des projets de recherche de très haut niveau, mêlant audace et compétence pour s’attaquer à des voies de recherche inédites susceptibles, en cas de succès, d’enrichir substantiellement les connaissances.
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