En novembre 1985, des chimistes ont dévoilé une molécule d’une symétrie sans précédent – le buckminsterfullerène, ou « buckyball » – une découverte qui a remodelé la science des matériaux et a valu à ses créateurs le prix Nobel de chimie en 1996. L’histoire de son émergence est un mélange de hasard, de perspicacité théorique et d’expérimentation incessante.
Le mystère des chaînes de carbone interstellaires
La quête a commencé dans les années 1970, motivée par des observations déroutantes de molécules riches en carbone dans l’espace interstellaire. Les astronomes ont détecté des chaînes de carbone plus longues que ce que les modèles astrophysiques existants pourraient expliquer. La théorie dominante suggérait que des étoiles géantes rouges refroidissantes ensemençaient ces chaînes dans le cosmos, mais les preuves restaient incomplètes.
La percée de l’Université Rice
Le moment charnière est arrivé à l’Université Rice, où le chimiste Robert Curl avait développé une technique unique de vaporisation au laser. En vaporisant des atomes d’un disque métallique avec un laser, puis en les refroidissant dans un nuage d’hélium, il a pu analyser leur composition. Harry Kroto, visiteur de l’Université du Sussex, a proposé de remplacer le disque métallique par du graphite, une forme pure de carbone, pour simuler les enveloppes externes des étoiles géantes rouges.
Les invités inattendus
Pendant dix jours en septembre 1985, Kroto, Curl et Richard Smalley, ainsi que les étudiants diplômés Sean O’Brien et Jim Heath, ont reproduit les longues chaînes de carbone attendues dans les atmosphères stellaires. Cependant, l’expérience a produit des « invités indésirables » inattendus : des molécules contenant précisément 60 et 70 atomes de carbone. Ces structures avaient été brièvement observées lors d’une expérience antérieure à Exxon, mais leur importance avait été négligée.
La structure du fullerène
Après des jours d’analyse minutieuse, l’équipe a réalisé que la molécule de 60 carbones, C60, possédait une stabilité extraordinaire. Contrairement à une feuille plate de graphène, qui serait très réactive en raison de liaisons pendantes, le C60 était remarquablement inerte. L’énigme de sa structure a consumé l’équipe, qui a eu recours à une modélisation low-tech avec des cure-dents, des bonbons et des découpes en papier.
L’héritage de Buckminster Fuller
La percée a eu lieu lorsque Kroto a rappelé les dômes géodésiques de Buckminster Fuller, des structures sphériques construites à partir de triangles imbriqués. Smalley a récupéré le livre de Fuller sur le sujet et l’équipe a reconnu la structure de la molécule C60 : un arrangement de pentagones et d’hexagones semblable à un ballon de football. Le composé résultant a été nommé Buckminsterfullerène en l’honneur de l’architecte et inventeur visionnaire.
L’essor des fullerènes
La publication du 14 novembre 1985 dans Nature a marqué la naissance des fullerènes, une nouvelle classe de molécules de carbone à coque fermée. En 1990, les scientifiques ont découvert qu’ils pouvaient produire de grandes quantités de buckyballs en faisant passer un arc électrique entre des bâtons de carbone. Cette découverte a ouvert la voie à un nouveau domaine de la science des matériaux, les fullerènes trouvant des applications en nanotechnologie, en médecine et au-delà.
L’histoire des Buckyballs témoigne du pouvoir de la recherche motivée par la curiosité. Ce qui a commencé comme une tentative de comprendre la chimie interstellaire s’est transformé en une découverte révolutionnaire qui a redéfini notre compréhension des possibilités moléculaires du carbone.
