Mélanger deux solutions faciles à préparer, et laisser mijoter : voici l'incroyable recette pour fabriquer des nanotubes que les chercheurs du Groupe matière condensée et matériaux (GMCM) de Rennes¹ viennent de trouver en s'inspirant de la nature. Si les industriels rêvent déjà de l'utiliser pour produire sans effort des matériaux très sophistiqués, cette découverte, publiée en juin 2007 dans la revue Nature Materials², apporte aussi un éclairage sur un phénomène jusqu'ici incompris, observé chez les organismes marins.

Tout commence en l'an 2000. À la faculté de pharmacie de Châtenay-Malabry, Franck Artzner et Maïté Paternostre étudient un peptide – sorte de petite protéine – déjà utilisé par l'industrie pharmaceutique : le lanréotide. Ils montrent plus particulièrement que celui-ci, mis en solution, forme spontanément des nanotubes. Leur vient alors l'idée de l'utiliser pour tenter de reproduire un mode de synthèse couramment observé dans la nature : celui par lequel les organismes marins (diatomées, éponges, etc.) construisent des structures de silice très complexes et remarquablement rigides, à partir de certaines protéines et d'oxyde de silicium soluble dans l'eau. Un mécanisme qui reste mal connu.

Les chercheurs rennais ont donc mis en contact une solution de lanréotide et une autre de silicate. Et c'est un bien étrange chantier qu'ils ont alors observé : les molécules de lanréotide s'assemblent et forment un échafaudage pour construire des nanotubes de silice. Chaque nanotube se construit étage par étage, comme un gratte-ciel. Résultat de ce processus d'« échafaudage dynamique », chaque nanotube, formé de deux parois de silice concentriques situées de part et d'autre d'une paroi de peptide, présente un diamètre de 29 nanomètres pour une longueur de 1 à 3 micromètres. Les tubes s'assemblent par paquets dont la longueur atteint 3 centimètres ! Et la croissance de l'édifice est virtuellement illimitée. « En particulier, tout se passe dans des conditions de température, de pression et de chimie modérées, compatibles avec la vie. Alors que la synthèse de nanotubes de carbone exige de faire le vide et d'atteindre des températures supérieures à 1 000 °C », souligne Franck Artzner, qui a dirigé les travaux. Les nanotubes présentent en outre une remarquable homogénéité.

Les applications de ces « auto-assemblages biomimétiques », qui laissent augurer des synthèses sans effort ? Elles sont prometteuses mais encore lointaines. Les chercheurs rennais rêvent par exemple de fabriquer facilement de minuscules réseaux de fibres optiques. Les biologistes marins, quant à eux, se sont montrés très intéressés : « Nous avons créé un modèle simplifié qui laisse à penser que l'échafaudage dynamique est mis en œuvre chez les organismes marins », avance en effet Franck Artzner, qui commence à développer une collaboration avec les laboratoires européens de biologie marine.

Jean-François Haït