Des physiciens de l'EPFL renversent une théorie
Une équipe de physiciens de l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) est parvenue, en collaboration avec les Universités de Lausanne et de Bath (GB), à renverser le modèle admis généralement de la structure d'hydratation du cuivre. Publiés par la revue "Science", leurs résultats facilitent la compréhension du comportement de l'atome de cuivre lors de diverses réactions chimiques.
Durant longtemps, les chimistes ont supposé que l'atome de cuivre à deux électrons manquants (ion Cu2+) attirait six molécules d'eau (H2O) selon un arrangement octaédrique déformé. Si les résultats des mesures des distances équatoriales entre les liaisons Cu-O étaient constants, les résultats pour les distances axiales présentaient d'importantes variations.
L'équipe de l'Institut romand de recherche numérique en physique des matériaux (IRRMA-EPFL), dirigée par le professeur Alfredo Pasquarello, s'est penchée sur la structure de la première sphère d'hydratation du ion de cuivre Cu2+. Elle a eu recours à la simulation numérique. De très puissants logiciels appliquant la dynamique moléculaire basée sur les principes de la mécanique quantique ont tourné sur les ordinateurs du Centre suisse de calcul scientifique (CSCS) de Manno (TI).
Ces simulations ont amené à reconsidérer l'arrangement des molécules d'eau autour du ion Cu2+.Les résultats ont montré que le ion Cu2+ était entouré de cinq molécules d'eau au lieu de six. L'arrangement de cette première couche d'hydratation subit des transformations très fréquentes entre des configurations pyramidales à base carrée et bipyramidales trigonales. Le passage entre ces deux états est extrêmement rapide puisqu'il se produit en un temps de quelques picosecondes.
Ces conclusions se sont avérées compatibles avec les mesures de diffraction de neutrons effectuées par l'équipe du Dr. Philip S. Salmon, du Département de physique à l'Université de Bath, et avec les mesures par résonance magnétique nucléaire (RMN) de l'équipe du professeur André Merbach, de l'Institut de chimie minérale et analytique de l'Université de Lausanne.
Outre la démonstration de la puissance des techniques de simulation et d'expérimentation, ces travaux améliorent la connaissance de l'organisation de l'eau autour du ion de cuivre Cu2+. Ils contribuent à une compréhension toujours plus approfondie de cet élément qui est l'un des métaux de transition les plus abondants en biologie. Ces résultats ont été publiés le 2 février 2001 par la revue américaine "Science" sous le titre "First Solvation Shell of the Cu(II) Aqua Ion: Evidence for Fivefold Coordination".