Un parcours créatif : la découverte des fullerènes

mardi 24 février 2009
par  Jean-François Doucet
popularité : 11%

Deux formes et deux seules étaient connues pour le carbone pur : le graphite et le diamant jusqu’à un jour de 1940 où Otto Hahn, tentant de créer des atomes par fixation de neutrons, découvrit par hasard des chaînes carbonées. De coïncidences fortuites en synthèses astucieuses, la découverte des férullènes non seulement vient battre en brêche les idées recues mais ouvre des perspectives nouvelles à petite et grande échelle

Idée recue

Jusqu’à une date récente, deux formes seulement de carbone à l’état pur avait droit à l’existence : le diamant et le graphite.

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Structure du graphite et du diamant
Le carbone se trouve, croyait-on, sous deux formes à l’état pur : le graphite et le diamant

Cette idée recue peut s’écrire sous la forme :

>Idée recue :
"le carbone n’existe que sous deux formes : le diamant et le graphite"

Découverte par hasard

La première brèche dans la certitude de ne rencontrer dans la nature le carbone que sous 2 formes , le diamant et le graphite s’ouvre par hasard en 1940 lorsque Otto Hahn [1] après avoir bombardé de neutrons certains métaux lourds, s’apercoit que l’arc à carbone utilisé produit également des chaines carbonées.

> Hasard : "l’arc à carbone produit des chaîne carbonées inconnues"

Mais, sur la piste d’autres recherches, Otto Hahn n’exploite pas sa découverte et la consigne seulement dans ses notes. On parle alors d’ un temps de latence d’ environ 30 ans avant que d’autres évènements viennent réouvrir la brèche ainsi refermée. On peut écrire :

>Temps de latence : 30 ans

Une anomalie astronomique

Des anomalies dans les spectres d’absorption [2] de la matière interstellaire

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Etoile à carbone :Géante rouge
Notre soleil est intermédiaire entre les naines blanches et les géantes rouges (Crédit SEED)

 [3] incitent les astrophysiciens E. Herbst et W. Klemperer à émettre l’hypothèse, dans les années 1970, de la présence dans l’espace d’une forme inconnue de carbone.

>Anomalie :

"les spectres d’absorption de matière interstellaire suggèrent une forme inconnue de carbone "

Synthèse de particules

En vaporisant le carbone avant condensation, l’équipe de Krätschmer essaie alors de reproduire ces particules. En 1983, elle constate que la poussière formée dans un arc électrique de graphite sous faible pression d’hélium (1/7 d’atmosphère) absorbe beaucoup de rayonnements ultraviolet de courte longueur d’ondes. Ce type d’absorption étant inconnu pour des poussières de carbone, ils concluent à un composé nouveau sans pour autant l’identifier.

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Structure du fullerène
60 atomes de carbone liés entre eux forment un " ballon de football"

Vérification et mise au point du produit

Le groupe de Kroto en 1985, [4] quant à lui, attribue une partie des raies des spectres d’absorption à des chaînes carbonées. Pour étudier ces molécules, il cherche à les synthétiser en collaborant avec Smalley : les chercheurs détectent alors dans des mélanges de type HC7N et HC9N des molécules de 60 atomes de carbone. Finalement, Kroto et ses collaborateurs en Angleterre et après plusieurs semaines d’expériences menées sur un arc de carbone dans une cloche remplie d’hélium,ont pu produire de la suie qui contenait du C60. On peut alors écrire :

Création : "la suite contient du C60"

Ils ont ensuite extrait une magnifique solution rouge, contenant principalement du C60. Belle création qui pourrait bien servir à stocker l’énergie du futur !

Mots-clés : Idée admise, Hasard, Anomalie, Vérification

Voir aussi " Week of Nano"


Toutes les phases du processus créatif ne sont pas forcément repérables dans les récits qui en sont donnés. Mais certains aspects du "schéma de la marelle " ( Découverte par hasard, Temps de latence, Anomalie, Verification etc ) sont aisément visibles dans les compte-rendus de la découverte. (voir "Week of Nano ")


[1Otto Hahn (1879- 1968), chimiste allemand, est le "père de la chimie nucléaire " lauréat du Prix Nobel de chimie 1944.

[2A. Rezzouk, Fullerènes et dérivés, Faculté des Sciences Dhar et Mahraz, 2007-2008, Fez

[3Le développement de la radioastronomie à partir des années 1970, a permis de découvrir les molécules interstellaires. Parmi les 141 molécules connues, on compte du sel de cuisine (NaCl) le méthane (CH4) ou l’alcool éthylique (C2H5OH,) ou l’acide du vinaigre, l’acide acétique CH3COOH. Contre toute attente, dans le milieu interstellaire ultra-vide des molécules complexes peuvent donc se former.

[4H Kroto (Université de Sussex), Curl et Smalley (Houston, USA) furent récompensés du Prix Nobel de Chimie en 1996


Commentaires

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