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29 octobre 2010 | Veille marchés et technologie

Solides poreux : le CNRS décerne sa médaille d’or à Gérard Férey

Cela faisait 12 ans qu’un chimiste n’avait pas reçu la plus importante des distinctions scientifiques françaises, la Médaille d’or du CNRS. Qui plus est, le dernier en date, Pierre Potier, lauréat en 1998, avait succédé à ce prestigieux palmarès à un autre chimiste, Jean Rouxel. La chimie semblait alors avoir le vent en poupe. Et puis plus rien durant une douzaine d’années pour enfin reprendre le flambeau en succédant, et de quelle manière, au physicien Serge Haroche. En effet, le lauréat 2010 de cette Médaille d’or, Gérard Férey, est non seulement un grand chimiste, pionnier dans le domaine des solides poreux hybrides, et plus particulièrement de leur création et de la prédiction de leurs arrangements possibles, mais aussi un chercheur passionné et passionnant au parcours si atypique, ceci expliquant sans doute cela.

"La chimie, c’est à la fois une science et une industrie", rappelle d’emblée Gérard Férey. Ce qui implique nécessairement pour un chercheur de cette discipline d’être au service à la fois de l’avancement de la science et de l’amélioration du bien-être de la société. "C’est la démarche que j’ai tenté de suivre tout au long de ma carrière, à travers différentes tentatives, et plus particulièrement la dernière concernant les matériaux poreux hybrides, les MILs", précise ce chercheur dont la carrière professionnelle a commencé à Saint-Clair-sur-l’Elle, une petite commune du département de la Manche, dans l’enseignement comme ... instituteur ! Une trajectoire classique pour un diplômé de l’Ecole Normale alors âgé de 19 ans. Mais après trois années passées à enseigner il décide de reprendre des études à l’Université de Caen. Il y réalise alors une thèse de doctorat de 3ème cycle avant de rejoindre le Département de Chimie de l’Institut Universitaire de Technologie du Mans où il cloture brillamment ses études universitaire par une thèse d’Etat.

Maître Assistant puis professeur, au cours des années qui suivent il enseigne tout en menant ses recherches. Gérard Férey trouve même le temps d’occuper pleinement des fonctions d’"administrateur de la recherche" comme disent certains qui ont tendance à dresser un peu vite des barrières entre ceux qui cherchent et ceux qui s’occupent de toute la "machinerie" qui leur permet de le faire. Gérard Férey, lui, s’intéresse aussi bien au contenu de la recherche qu’à son contenant et c’est ainsi qu’avec le même enthousiasme il occupe la fonction de directeur-adjoint du Département des sciences chimiques au CNRS entre 1988 et 1992 avant de créer l’Institut Lavoisier de Versailles, au sein de la toute nouvelle Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines qui le recrute, où il va se consacrer à un sujet phare qui lui tient à coeur : les solides poreux.

Un pionnier dans la conception des MOFs

Leur histoire est déjà longue quand Gérard Férey se penche sur les solides poreux. En effet, tout a commencé en 1756, en Suède, quand un minéralogiste du nom de Axel-Frédéric Crönstedt, décide d’étudier le comportent à la chaleur d’un minerai naturel, la stilbite. Il observe alors avec surprise que, chauffé à 150°C, cet aluminosilicate de calcium et de sodium se couvre de bulles, comme s’il bouillait. Crönstedt donne le nom de zéolithes à cette famille de composés si étranges. Plus d’un siècle après, un homologue de cette famille est synthétisé. Mais il faudra attendre encore près de 70 ans pour que le grand chimiste Linus Pauling explique le phénomène observé chez ces minéraux par leur structure cristalline. Ces solides possèdent en effet une triple caractéristiques unique. Les asssemblages d’atomes - le squelette - laissent apparaître des trous - les pores - de quelques ângströms de diamètre, disposés régulièrement dans le solide, déterminant ainsi une surface interne sur laquelle pourront venir se fixer les molécules qui s’y logent. Autant de particularités qui ne vont pas tarder à intéresser les chercheurs, mais aussi les industriels qui utilisent très vite la taille des pores et leur surface interne pour se servir de ces solides comme tamis moléculaires, échangeurs d’ions, catalyseurs, adsorbeurs de gaz et, surtout, dans l’industrie pétrolière pour le cracking et le raffinage des huiles lourdes. Cela dit, plusieurs facteurs, notamment leur coût et l’impossibilité d’obtenir des pores de dimensions importantes, limitent la rapidité de leur développement.

Au début des années 1990 va apparaître une nouvelle classe de solides poreux dont le squelette est composé à la fois de parties inorganiques et organiques, liées entre elles exclusivement par des liaisons fortes. On les appelle des solides poreux hybrides ou MOFs (Metal-Organic Frameworks). Véritable pionnier dans ce domaine, le groupe de Gérard Férey va concevoir beaucoup de ces MOFs. Combinant chimie maîtrisée et simulation numérique, il parvient à créer et à prédire leur structure, en particulier celle des premiers solides mésoporeux cristallisés dont le volume avoisine celui des protéines. En 2005, Gérard Férey présente l’un de ces matériaux, baptisée le MIL-101 (Matériaux de l’Institut Lavoisier n° 101), dont le volume équivaut à celui des protéines. Grâce à des pores d’une taille de 2,5 nanomètres, 1 m3 de ce matériau peut capter près de 400 m3 de gaz carbonique à 25°C. D’où l’enguouement qu’il suscite de la part de certains industriels. Il peut aussi encapsuler des médicaments notamment anti-cancéreux, augmentant ainsi d’un facteur 10 les performances des composés déjà existants. Deux ans plus tard, l’équipe de Gérard Férey découvre une autre famille inédite de ces solides, les dicarboxylates métalliques trivalents capables d’augmenter de plus de 300% leur volume sous l’effet d’un solvant, et cela de manière complètement réversible ! Energie, développement durable, santé, dans tous ces secteurs les MOFs apparaissent d’ores et déjà comme des matériaux extrêmement prometteurs.

"L’important est de faire de beaux enfants et je crois en avoir fait quelques-uns, grâce au soutien sans faille de mes collègues", conclut ce professeur émérite, fier d’avoir passé le relais à ses "lascars", c’est ainsi qu’il appelle tous ses élèves dont le point commun est d’avoir eu la chance de croiser le chemin de cet homme enthousiaste, capable de vous faire aimer la chimie et de vous l’expiquer simplement, avec les mots du quotidien. Mais n’est-ce pas la noble mission de l’instituteur que de vous faire découvrir et de vous donner envie ?

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