Vers une chimie bio-inspirée !

C’est un thème en plein boum. La chimie cherche aujourd’hui de nouvelles voies, moins polluantes et plus “vertes”. On l’appelle aussi la chimie biomimétique, ou bio-inspirée, car l’opération consiste à mimer l’action d’enzymes présentes dans la nature et généralement très efficaces.

Comme le trèfle et la luzerne

Pour sa thèse, menée dans le département de chimie de l’Université de Bretagne occidentale, Alan Le Goff a travaillé sur la réaction qui permet de passer de l’azote de l’air à l’ammoniac(1). Très utilisée dans l’industrie, notamment pour la production des engrais azotés, cette réaction n’est possible qu’à très haute température et très haute pression. Elle consomme beaucoup d’énergie. Alors que certaines plantes, comme le trèfle ou la luzerne, la réalisent naturellement, à température ambiante, grâce à des enzymes appelées des nitrogénases.

« Je n’ai pas travaillé directement avec les enzymes, car celles-ci nécessitent des conditions très particulières de manipulations, poursuit le chercheur. J’ai synthétisé chimiquement des modèles plus simples, qui se rapprochent de la structure du site actif de ces enzymes. » Et, comme l’azote de l’air n’est pas un produit très réactif à température ambiante, Alan Le Goff a testé ses modèles sur des composés à la structure chimique proche : le phénylacétylène. Il a réussi à montrer que la réaction entre son modèle et le phénylacétylène était possible. C’est un des résultats de sa thèse.

Alan Le Goff s’est inspiré de la structure chimique des enzymes naturelles (ici la nitrogénase) pour créer ses modèles.
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Faire sauter les verrous technologiques

Nous sommes encore loin des applications de chimie biomimétique à grande échelle, « car il n’existe pas beaucoup de complexes chimiques capables de transformer efficacement l’azote en ammoniac dans des conditions douces, reprend-il. C’est un verrou technologique qu’il faudrait réussir à faire sauter pour que ce domaine de recherche, encore très fondamental, se développe. Ce qui est, par exemple, le cas pour l’hydrogène. » Et Alan Le Goff est déjà sur le coup ! Après deux années de postdoctorat, l’une au CEA, à Paris, et l’autre en Italie, à travailler sur les piles à combustibles et les nanotubes de carbone, il est, depuis novembre 2009, chargé de recherche CNRS à l’université de Grenoble, où il met a profit ses connaissances.

Sur des vraies enzymes

« Cette fois, je manipule de vraies enzymes : les hydrogénases qui seront intégrées dans les piles à combustible. Ces biopiles pourraient être très efficaces, mais sont difficiles à mettre au point du fait de la manipulation des enzymes. Les modèles bio-inspirés sur lesquels j’ai travaillé sont des intermédiaires entre le “tout bio”, les enzymes, et le “tout chimique”, les catalyseurs métalliques. »

L’intérêt est écologique, mais aussi économique car le platine qui sert dans les catalyseurs est très cher. Le fer et le nickel utilisés dans les modèles développés par Alan Le Goff le sont beaucoup moins.