Des idées simples de prix Nobel au LAMBE

Une publication, un hommage

Certains articles de recherche rayonnent au-delà des mots qu’ils contiennent. Celui qu'Abdelghani Oukhaled et ses collègues du laboratoire analyse et modélisation pour la biologie et l'environnement (LAMBE) viennent de publier dans la revue ACS Measurement Science Au, intitulé Coil-Globule versus Field-Driven Coil-Blob Transitions of PEG under Nanopore Confinement, porte en lui une dimension qui dépasse la seule avancée scientifique. Dédié à la mémoire de Loïc Auvray, directeur de thèse d'Abdelghani Oukhaled, il paraît à l'occasion du dixième anniversaire de sa disparition, survenue le 8 juin 2016 à l'âge de 60 ans. C'est un hommage sous la forme la plus sincère qui soit pour un chercheur : continuer à faire avancer les idées qu'il a contribué à semer.

De Pierre-Gilles de Gennes à Loïc Auvray : une école de pensée

Pour comprendre ce qui se joue dans cette publication, il faut remonter à une certaine manière française de faire de la physique : celle que Pierre-Gilles de Gennes a portée au sommet, et dont Loïc Auvray était l'un des héritiers les plus fidèles.

Pierre-Gilles de Gennes (1932-2007) est l'un des physiciens français les plus marquants du XX^e siècle. En 1991, il a reçu le prix Nobel de physique pour avoir découvert des analogies fondamentales entre des phénomènes apparemment très différents, en appliquant les concepts de la physique des solides et des liquides à des matériaux complexes. Au cœur de cette démarche : les arguments d'échelle (ou lois d'échelle), un outil intellectuel qui consiste à identifier, sans entrer dans les détails mathématiques d'un problème complexe, les grandeurs qui comptent vraiment et les relations qui les relient. Se concentrer sur la cause essentielle qui gouverne un phénomène était, selon ses proches collaborateurs, un aspect fondamental de sa vision scientifique.

Loïc Auvray, quant à lui, était directeur de recherche au CNRS. Physicien expérimentateur, spécialiste de la diffusion de neutrons, il a été affecté au laboratoire Léon Brillouin du CEA, puis à l'université d'Évry, avant de diriger le laboratoire matière et systèmes complexes de l'université Paris-Diderot. Au cours de sa carrière, il s'est graduellement tourné vers la biophysique. C'est à Évry qu'il dirigea la thèse d'Abdelghani Oukhaled, soutenue en 2006 et portant précisément sur la vérification expérimentale des prédictions théoriques de Pierre-Gilles de Gennes, le jury de cette soutenance étant présidé par le lauréat du prix Nobel lui-même.

Abdelghani Oukhaled, aujourd’hui professeur à CY Cergy Paris Université, se souvient très bien de ce moment. "La salle était archicomble, mais cela n’a pas empêché Pierre-Gilles de Gennes d’allumer son cigare, avec un naturel désarmant. Ce qui m’a surtout marqué, c’est son attitude : il était d’une grande bienveillance et d’une remarquable humilité. À un moment, il a même demandé à Loïc Auvray de lui rappeler un point de sa propre théorie. Cette scène m’a beaucoup frappé : malgré son immense renommée, il n’hésitait pas à reconnaître qu’il pouvait avoir besoin qu’on lui rafraîchisse la mémoire".

Quand un polymère traverse un nanopore

L'article publié s'inscrit dans cette même tradition intellectuelle. Il étudie le comportement du PEG (polyéthylène glycol, polymère souple et flexible très utilisé en biotechnologie et en pharmacologie) lorsqu'il est confiné dans un nanopore protéique et soumis à des variations de température. Dans les conditions habituelles, les chaînes de PEG adoptent en solution une forme déployée et sinueuse, que les physiciens appellent une pelote statistique (ou coil en anglais). Lorsque la température s'élève, le polymère perd progressivement son affinité avec l'eau et se rétracte sur lui-même pour former une structure plus compacte : c'est la transition coil-globule. Ce phénomène, prédit théoriquement dès les années 1970 dans le sillage des travaux de Pierre-Gilles de Gennes, est ici observé et mesuré pour la première fois à l'échelle d'une molécule unique, grâce au nanopore.

Mais les chercheurs vont plus loin. Lorsqu'un champ électrique est appliqué pour faire passer le polymère de force à travers le pore, une transition différente apparaît : la chaîne ne se rétracte pas uniformément, mais se déforme localement pour former des structures partiellement englouties dans le pore, ce que l'article désigne sous le terme de blob (pelote partielle). C'est la transition coil-blob, distincte de la transition thermique et spécifique aux conditions de confinement forcé. Discriminer et caractériser ces deux régimes constitue le résultat central de l'article.

La puissance des idées simples

Ce qui relie directement ces travaux à l'héritage de Pierre-Gilles de Gennes et de Loïc Auvray, c'est précisément la méthode : les arguments d'échelle. Plutôt que de décrire exhaustivement le comportement atomique de chaque maillon de la chaîne polymère, les chercheurs identifient les lois de puissance qui gouvernent la transition, des relations simples entre la taille du polymère, l'énergie de confinement et la déformation observée. C'est ce que Pierre-Gilles de Gennes appelait volontiers "la physique des idées simples" : non pas une physique naïve, mais une physique qui va droit à l'essentiel.

Cette démarche, transmise par Loïc Auvray à Abdelghani Oukhaled comme une boussole intellectuelle, continue de structurer les travaux du LAMBE. Elle explique aussi pourquoi cette publication résonne au-delà de son seul résultat expérimental : elle est, dans sa forme même, un témoignage de filiation scientifique. "Au-delà des aspects scientifiques, Loïc Auvray m’a appris à être pragmatique dans l’expérimentation. Son conseil était de commencer par des expériences simples, parfois même un peu bourrines, pour mettre rapidement en évidence les grands effets avant de s’intéresser aux détails plus subtils. Cette approche m’a durablement marqué : il vaut mieux comprendre d’abord les phénomènes dominants avant d’affiner progressivement l’analyse".

Une équipe ancrée à CY Cergy Paris Université

La publication est signée par Abdelghani Oukhaled, porteur du projet, aux côtés de ses collègues Alina Asandei, Camille Dejoux, Manuela Pastoriza-Gallego et Fabien Piguet, tous affiliés à CY Cergy Paris Université au LAMBE, ainsi que Nadège Lubin-Germain, chercheuse au laboratoire BioCIS (Biomolécules : Conception, Isolement, Synthèse).

"Ce nouvel article constitue un retour au sujet après de nombreuses années", résume Abdelghani Oukhaled. "Il s’inscrit dans la continuité des questions qui m’avaient occupées pendant ma thèse, mais avec le recul, les outils et les connaissances accumulés depuis, ce qui permet de porter un regard nouveau sur ces problèmes".

Dix ans après la disparition de Loïc Auvray, cette publication est aussi une manière de rappeler que la science avance par transmission autant que par découverte, et que les grandes idées, lorsqu'elles sont bien posées, continuent de porter des fruits longtemps après ceux qui les ont semées.