Un excellent observateur d'électrons

Les réactions chimiques sont omniprésentes, dans chaque cellule d'un organisme, dans l'atmosphère, dans les eaux, dans le sol terrestre. Sous forme de formules structurelles ou d'abréviations chimiques, les réactions semblent encore simples : Le substrat A réagit avec le substrat B et devient le produit C. En réalité, il s'agit d'une danse effrénée de particules : Les électrons passent d'un atome à l'autre en l'espace de femtosecondes, c'est-à-dire de milliardièmes de seconde, les liaisons chimiques se rompent et se reforment. Ce qui se passe exactement n'a longtemps pas été clair.

Comprendre la danse complexe des électrons extrêmement rapides et des noyaux atomiques plut?t lents en comparaison, tel est l'objectif du physico-chimiste Hans Jakob W?rner, professeur au Laboratoire de chimie physique de l'ETH Zurich. Il re?oit maintenant le prix scientifique Klung Wilhelmy pour sa performance de pionnier, qui consiste à observer en temps réel les électrons lors de réactions chimiques à l'aide de nouvelles méthodes. D'un montant de 75'000 euros, cette distinction fait partie des prix les mieux dotés, financés par des fonds privés, pour les jeunes chercheurs allemands et est décernée en alternance chaque année à des chimistes et à des physiciens.

Mouvement d'un "trou d'électrons

Le jury rend hommage à W?rner pour ses travaux sur le mouvement des électrons dans les molécules à l'échelle de temps subfemto, c'est-à-dire sur des périodes de l'ordre de l'attoseconde. Pour ce faire, W?rner et son équipe de recherche développent des procédés de spectroscopie spécialisés, au cours desquels un électron est par exemple arraché à une molécule à l'aide d'impulsions laser ultracourtes. Si l'électron se reconnecte ensuite avec sa particule d'origine, il émet un éclair de lumière que les chercheurs analysent par spectroscopie. Ils peuvent ainsi tirer des conclusions sur la répartition des charges et la géométrie de la molécule au moment du retour de l'électron. Gr?ce à cette méthode, W?rner et son groupe ont pu mesurer pour la première fois le mouvement des électrons dans la coquille de valence chimiquement importante des molécules. Ils ont notamment pu montrer comment ce mouvement d'électrons contr?le les réactions chimiques et comment un "trou d'électrons" - après le retrait soudain d'un électron d'une molécule - se déplace.

W?rner était déjà fasciné par la chimie lorsqu'il était enfant. "Je voulais savoir comment l'univers était construit", explique le jeune homme de 33 ans. Le désir de comprendre comment se déroulent les réactions chimiques et comment les contr?ler l'a poussé à faire des études de chimie. Il avait déjà re?u une distinction pour sa thèse de doctorat à l'ETH Zurich en 2007, suivie plus tard, entre autres, d'un ERC Starting Grant en 2012, du prix Ruzicka de l'ETH Zurich et, en 2013, de l'adhésion à la Junge Akademie der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften et à la Deutsche Akademie der Naturforscher Leopoldina.