Les interactions dipôle-dipôle observées pour la première fois

Une molécule est dite polaire quand le barycentre de ses charges positives ne coïncide pas avec le barycentre de ses charges négatives, la séparation de ces pôles induit alors un moment dipolaire. Deux molécules présentant chacune un moment dipolaire peuvent interagir entre-elles à l’échelle nanométrique, c’est ce qu’on appelle les interactions dipôle-dipôle.

Les interactions dipôle-dipôle régissent de nombreux processus biologiques importants tels que la photosynthèse végétale. Chez les plantes, le composé qui intervient dans la photosynthèse est la chlorophylle, plus précisément c’est une partie de la molécule, qu’on appelle chromophore [1], qui est responsable de la conversion de l’énergie solaire en énergie chimique. Ce mécanisme n’est pas encore totalement compris et c’est pour cette raison que les chercheurs tentent de capturer des images du phénomène.

Jusqu’à présent, les recherches s’étaient montrées infructueuses car les microscopes classiques ne permettent pas de visualiser des phénomènes en-dessous de l’ordre du micromètre à cause de la limite de diffraction. Pour s’affranchir du problème, les chercheurs ont donc utilisé un microscope à effet tunnel [2]. Ils ont commencé par teindre en violet des molécules de zinc-phtalocyanine, qui s’apparentent aux chomophores de la chlorophylle, qu’ils ont ensuite exposées à une lumière rouge pour augmenter le contraste. Les images ont alors pu être filmées grâce à des diodes électroluminescentes (LED) de taille moléculaire placées entre la pointe du microscope à effet tunnel et les chromophores zinc-phtalocyanine.

Les chercheurs ont utilisé la pointe du microscope à effet tunnel pour jouer sur la position des chromophores et les rapprocher. Ils ont observé qu’à une distance inférieure à 3 nanomètres l’intensité lumineuse émise par les chromophores a commencé à changer, mettant ainsi en évidence les interactions dipôle-dipôle ayant lieu. Plus encore, ils ont fait varier le nombre de chromophores (allant jusqu’à quatre) et ont constaté une variation de l’intensité lumineuse qui peut être une indication de la possibilité d’un enchevêtrement de chromophores lors d’une interaction dipôle-dipôle.

[1] Chromophore : groupement d’atomes responsable de la couleur d’une molécule, comportant une ou plusieurs doubles liaisons, qui forme avec le reste de la molécule un ensemble de doubles liaisons conjuguées.

[2] Microscope à effet tunnel (ou STM) : dispositif qui utilise un phénomène quantique, l’effet tunnel, pour déterminer la morphologie et l’état électronique d’une surface et manipuler des molécules à l’échelle atomique.

Sources

http://english.cas.cn/newsroom/news/201604/t20160406_161558.shtml
http://phys.org/news/2016-03-dipole-dipole-interactions-imaged-sub-molecular-resolution.html
http://www.nature.com/nature/journal/v531/n7596/full/nature17428.html

Rédacteur

Christophe LAUGÉ : christophe.lauge[a]diplomatie.gouv.fr