Petite histoire de l’étude des molécules, des techniques anciennes à la résonnance magnétique nucléaire
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20è édition des Rendez vous de l’histoire Du 4 au 8 octobre 2017

Petite histoire de l’étude des molécules, des techniques anciennes à la résonnance magnétique nucléaire

Conférence à l’INSA, jeudi 04/10/2017

Cedric GARCIA
mercredi 11 octobre 2017

Clément ORIONE, Clement.orione@univ-rennes1.fr est ingénieur d’étude en Résonance Magnétique Nucléaire à l’université de Rennes1et responsable de la plateforme RMN du CRMPO :
- formation du personnel de l’Université Rennes 1 à l’utilisation des spectromètres.
- planification et gestion des échantillons.
- analyse et confirmation structurale.
- responsable des TP et des TD de RMN pour le Master 2 Professionnel Méthodes d’Analyse.

Le cadre
L’idée de cette conférence est de donner des notions aux élèves de Terminale S sur l’histoire de l’analyse des molécules, sachant que la RMN (Résonance Magnétique Nucléaire) est au programme. La méthode ici proposée est de ne pas utiliser de formules lors de l’intervention d’une heure. Cette intervention s’est déroulée dans l’amphithéâtre de l’école d’ingénieurs INSA de Blois en présence de 220 étudiants de lycée et de niveau supérieur.

Contenu
L’histoire de la chimie analytique montre que l’on a essayé de comprendre la matière et de répondre à 2 questions : pourquoi et comment ? La première idée que l’on s’est faite de la matière remonte à Démocrite et Leuccippe 5 siècles avant notre ère qui ont proposé le concept d’atomes, atomos, petites particules insécables. Pourtant, pendant 1800 ans, ce fut la théorie des éléments chère à PLATON et ARISTOTE qui l’emporta avec l’air, l’eau, le feu et la terre permettant d’expliquer la matière et différents phénomènes, ces derniers arguant que l’on ne « voyait pas » les atomes. Et, tout ce que l’on ne savait expliquer, finissait dans la case 5ème élément, bien pratique au demeurant !
Au XIXème siècle, on cherchait des modèles plus élégants ainsi LAVOISIER sépare l’eau en 2 gaz et dément ainsi, par l’expérience, la théorie des éléments ce qui confirme le retour du modèle atomique. JJ THOMPSON prouve l’existence des électrons et, inspiré d’un gâteau, parle de « plum pudding » pour qualifier la matière. Au début du XXème siècle, E.RUTHERFORD découvre le noyau au centre de l’atome et évoque un modèle « planétaire » de la matière. Les scientifiques s’inspirent alors de ce qu’ils « voient » autour d’eux. E.SCHRÖNDINGER met à jour son modèle probabiliste de la matière, à savoir qu’un électron ne tourne pas autour du noyau comme la Terre autour du Soleil mais correspond à une probabilité de présence, c’est-à-dire qu’il est là mais on ne peut le situer exactement.
Au cours des 50 dernières années, on observe une explosion de la chimie analytique : on veut voir les atomes ! Pendant longtemps, les méthodes d’investigation consistaient à du qualitatif et donc à mordre, sentir, voir ou encore goûter. Aujourd’hui, on est capable d’observer un acarien, une mine de stylo bic ou encore des grains de sel grâce à des microscopes électroniques. Les techniques se nomment aujourd’hui spectroscopies UV, IR, spectrométrie de masse ou encore RMN. A l’image des empreintes de cerf laissées sur le sol, le chimiste ne cherche pas à voir les molécules mais à capter des signaux indirects qui prouvent leur existence et permettent de déterminer leur formule, leur masse ou encore leurs liaisons.
Ainsi, en spectroscopie infrarouge, IR, on est capable de connaître les différentes liaisons entre atomes d’une même molécule. En spectrométrie de masse, on arrive à peser la molécule. En RMN, on identifie des groupes d’hydrogènes H, on peut connaître leur nombre, leurs voisins. En effet, sous l’action d’un champ magnétique, les molécules vont s’aligner comme des aimants puis retrouver l’équilibre en émettant une vibration caractéristique de la constitution fine de la molécule.
Les applications sont nombreuses :
✓ Analyse en agroalimentaire, exemple pour différencier le café robusta ou arabica.
✓ Contrôles antidopages lors de courses hippiques ou pour des athlètes pour rechercher la présence de molécules illicites à même d’améliorer la performance.
✓ Pour les médicaments, avant une mise sur le marché afin de vérifier la pureté.
✓ En recherche historique, dans l’art, pour lutter contre la contrefaçon.
✓ Au niveau médical, pour les IRM de cerveaux.
✓ En chimie de synthèse afin de vérifier que l’on a fabriqué le bon produit.
✓ Au niveau des piscines pour doser le chlore.

En conclusion, Clément Orione rappelle que la vérité doit être sans cesse remise en question et qu’il faut rester curieux. Il conseille des chaînes de vulgarisation scientifique sur youtube comme micmat, dirty biology ou encore e-penser.

Critique de la conférence :
On peut féliciter le conférencier qui a su s’adapter au (jeune) public qui a été parfois déconcertant voire déconcentré lors de la conférence et des questions. Clément Orione a su aborder ce thème délicat et compliqué avec de réelles vertus pédagogiques ; En effet, les élèves de Lycée n’avaient encore que trop peu de notions pour comprendre les méthodes parfois complexes de la chimie analytique. En 1h, la présentation a été bien animée et de bonne qualité, s’appuyant sur un diaporama.
Côté scientifique, on regrettera que l’on se soit éloigné du sujet. En effet, l’histoire de la chimie analytique s’est souvent transformée en histoire de la matière et on reste un peu sur notre faim côté « histoire ». D’autres parts, l’histoire de la matière, quoique intéressante, aurait mérité un traitement plus rigoureux et aussi exhaustif.
On regrettera aussi une vision très européenne de l’histoire des sciences. En effet, le monde arabe fut longtemps en avance sur nos scientifiques européens, tout comme indiens et chinois. Une vue plus globale de l’aspect historique aurait été souhaitable.

Cédric Garcia
Association les Clionautes
Cedric-olivier.garcia@ac-montpellier.fr

Par Cedric GARCIA

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