Prix Nobel de chimie 2025 : un trio récompensé pour les MOF et les structures métallo-organiques
Le Comité Nobel a attribué le prix Nobel de chimie 2025 à Susumu Kitagawa, Richard Robson et Omar M. Yaghi pour leurs travaux sur les structures métallo-organiques et les matériaux appelés MOF (frameworks métal-organique).
Ces recherches permettent de concevoir des réseaux poreux dans lesquels gaz et autres substances peuvent circuler, ouvrant des perspectives pour des projets liés au climat et à l’environnement. Les MOF sont envisagés pour capter le CO₂, extraire l’eau de l’air, stocker des gaz toxiques et catalyser des réactions chimiques.
Une inspiration diamantée et l’émergence des MOF
Richard Robson, installé à l’Université de Melbourne, s’inspire de la structure du diamant, où chaque atome est relié à quatre autres. En associant des ions cuivre à une molécule à quatre bras terminée par des groupes nitrile, il a obtenu un cristal ordonné et très poreux, présentant une architecture moléculaire régulière et des cavités importantes. Contrairement à ce que certains pouvaient supposer, l’interaction entre les ions et les molécules a donné lieu à une grande structure organisée, avec des cavités patentes.
En 1989, Robson présente cette création dans le Journal of the American Chemical Society et envisage une nouvelle voie pour la construction de matériaux capables de catalyser des réactions chimiques, tout en reconnaissant que ces assemblages peuvent être fragiles et susceptibles de s’effondrer.
Les avancées de Kitagawa et Yaghi
Susumu Kitagawa, du Japon, et Omar M. Yaghi, originaire de Jordanie et affilié à l’Université de Californie à Berkeley, ont chacun contribué à poser les bases des MOF. Dans les années 1990 et au début des années 2000, ils démontrent qu’il est possible de concevoir des MOF variés et performants, capables de changer de forme selon leur remplissage ou leur vidage.
Kitagawa, alors à l’Université Kindai, développe dès 1997 une MOF traversée par des canaux qui peuvent être remplis par différents gaz sans compromettre la structure. En 1998, il montre que les MOF peuvent provenir de divers types de molécules et présenter une certaine souplesse.
MOF-5 et la démocratisation des matériaux
Pour Omar Yaghi, la conception rationnelle de matériaux ouvre une nouvelle dimension. En 1995, il met au point des structures bidimensionnelles reliées par des métaux comme le cuivre ou le cobalt, capables d’accueillir des molécules dans leurs espaces et de résister à des températures élevées. Il introduit le terme « structure métallo-organique » pour décrire ces réseaux étendus et poreux constitués de métaux et de molécules organiques. En 1999, la MOF-5 se distingue comme un matériau particulièrement stable avec des cavités cubiques, et quelques grammes suffisent pour offrir une surface comparable à celle d’un terrain de football.
Au début des années 2000, Yaghi démontre qu’il est possible de générer des familles entières de MOF en faisant varier les liaisons moléculaires, donnant naissance à des matériaux aux propriétés diverses. Parmi eux figurent seize variantes de la MOF-5, présentant des cavités de tailles différentes et un potentiel accru pour le stockage de gaz, y compris le méthane pour des applications de gaz naturel renouvelable.
Impact et perspectives
Aujourd’hui, les MOF alimentent une approche de conception guidée par un large éventail d’éléments, permettant d’envisager des applications variées. Des expériences montrent notamment que l’eau peut être captée dans l’air des zones désertiques et récupérée lorsque le matériau est chauffé par le Soleil.
Pour le comité Nobel, ces avancées constituent une contribution majeure dans le domaine des matériaux et pourraient jouer un rôle clé dans des solutions liées au climat et à l’environnement, en écho à l’esprit du prix Nobel.
