Un travail en profondeur sur les réactions chimiques

NOBEL DE CHIMIE

Un travail en profondeur sur les réactions chimiques de surfaceNOUVELOBS.COM | 10.10.2007 | 17:22



Gerhard Ertl ce matin dans son bureau de l'Institut Fritz-Haber, autre chimiste allemand nobélisé. (AP Photo/Markus Schreiber)
Un homme de méthode, persévérant et méticuleux. C’est ainsi que le chimiste allemand Gerhard Ertl, aujourd’hui âgé de 71 ans, est décrit par les pairs qui lui ont décerné cette année le prix Nobel de chimie. Le comité réuni par l’Académie royale des sciences de Suède souligne l’importance de l’apport de Gerhard Ertl non seulement à la connaissance des réactions chimiques mais surtout à la qualité de ses méthodes, qui a permis de créer une véritable «école de pensée» dans le domaine de la chimie de surface, selon ces experts.

Les réactions chimiques auxquelles Ertl a consacré sa vie de chercheur ne s’observent pas dans des solutions, au fond de tubes à essai. Ces réactions se déroulent à la surface de solides. Lorsque des molécules sont absorbées à la surface d’un solide, il peut se produire différentes choses qui captivent les chimistes : soit les molécules se dissocient et forment des groupes d’atomes, soit elles modifient les propriétés chimiques de la surface solide, soit elles réagissent avec d’autres molécules déjà absorbée par la surface.

Observer ces réactions requiert des conditions particulières d’expérimentation. Il faut se débarrasser de l’air qui contient des molécules de gaz qui réagissent avec toute surface. Il faut sans cesse vérifier les résultats pour s’assurer qu’aucune impureté n’est venue modifier la réaction. Il faut disposer d’outils permettant de distinguer l’atome de la molécule (par exemple : une molécule d’azote contient deux atomes d’azote).

Sur tous ces fronts, le chimiste allemand a fait preuve d’ingéniosité, de rigueur et de ténacité. Il a tiré parti des nouvelles technologies, comme les premières chambres à vide, pour mener ses travaux. La façon dont il a décortiqué le procédé Haber-Bosch est symptomatique de sa façon de travailler, selon le comité. Ce procédé, qui a valu le prix Nobel au célèbre chimiste allemand Fritz Haber en 1918, est encore aujourd’hui le principal moyen de synthétiser l’ammoniaque, en grande partie utilisé dans la fabrication des engrais azotés (nitrates).

Le principe du procédé Haber-Bosch est de faire réagir l’azote avec l’hydrogène pour obtenir de l’ammoniaque. Pour cela il faut un catalyseur, du fer en l’occurrence. Gerhard Ertl a décomposé toutes les étapes de la réaction, étudiant l’interaction entre les atomes d’azote et la surface solide du fer dans une chambre à vide. Il a également eu recours à différentes méthodes de spectroscopie pour distinguer azote moléculaire et atomique. Pour décomposer les dernières étapes de la réaction, qui sont très rapides, il est obligé de jouer le film à l’envers et de partir de la façon dont l’ammoniaque se lie au fer pour comprendre comment il est obtenu. Ertl parvient finalement à décrire chaque étape du procédé et sa méthode a été une base pour les autres chimistes et pour l’industrie.

Gerhard Ertl s’est aussi intéressé à la réaction entre le monoxyde de carbone et le platine qui se produit dans les catalyseurs des pots d’échappement. Ces catalyseurs permettent de réduire les émissions toxiques des véhicules –monoxyde de carbone, monoxyde d’azote et hydrocarbures non brûlés- en les faisant réagir grâce à la catalyse.

Les avancées de la chimie de surface ont aussi profité au secteur de la microélectronique, qui utilisent des semi-conducteurs dont les couches nanoscopiques sont déposés grâce à un procédé chimique (CVD, dépôt chimique en phase vapeur).

Récemment, le chimiste allemand a concentré ses recherches sur les réactions de l’hydrogène avec les surfaces métalliques.

Cécile Dumas
Sciences et Avenir.com
(10/10/07)