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Forces de van der Waals : pourquoi nous devrions remettre les manuels à jour

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Van der Waals : ces forces qui attirent les atomes et/ou molécules peuvent aussi les séparer lorsqu’ils sont confinés selon une étude. Les implications sont nombreuses, que ce soit pharmacologie ou dans le domaine des nanotechnologies.

Les forces de Van der Waals sont des forces électromagnétiques résiduelles faibles d’origine quantique s’exerçant entre des molécules et même des atomes neutres. Les interactions de Van der Waals entre les molécules sont parmi les forces les plus importantes en biologie, en physique et en chimie, car elles déterminent les propriétés et le comportement physique de nombreux matériaux. Pendant longtemps, on a considéré que ces interactions entre molécules étaient toujours attractives. Pour la première fois, Mainak Sadhukhan et Alexandre Tkatchenko, de l’Unité de recherche en sciences de la physique et des matériaux de l’Université du Luxembourg, ont constaté que dans de nombreuses situations plutôt communes, la force de Van der Waals pouvait être répulsive entre deux molécules. Cela pourrait conduire à un changement de paradigme dans les interactions moléculaires.

« Jusqu’à présent les manuels scolaires ont supposé que ces forces étaient presque exclusivement attractives. Pour nous, la question intéressante est de savoir si vous pouvez aussi les rendre répulsives », explique le professeur Tkatchenko. « Il n’y avait à ce jour aucune preuve dans la littérature scientifique que les forces de Van der Waals pouvaient aussi repousser ». C’est désormais chose faite et les chercheurs publient leurs résultats dans les Physical Review Letters.

La force omniprésente de Van der Waals fut démontrée par le physicien germano-américain Fritz London en 1930. Il révéla alors la nature purement attractive de la force Van der Waals entre deux molécules interagissant dans l’espace libre. « Cependant, dans la nature, les molécules interagissent dans des espaces confinés dans la plupart des cas comme les cellules, les membranes, les nanotubes, etc. Dans cette situation particulière, nous démontrons que les forces de Van der Waals deviennent également répulsives », explique le Professeur Tkatchenko. « Nous pourrions rationaliser de nombreux résultats expérimentaux antérieurs qui sont restés inexpliqués jusqu’à présent », note Mainak Sadhukhan, coauteur de l’étude. « Notre nouvelle théorie permet d’interpréter pour la première fois de nombreux phénomènes intéressants observés sur des molécules en confinement ».

Bien que fugaces et minuscules, les forces de van der Waal sont collectivement des liens à considérer, en particulier dans la chimie complexe qui implique des molécules diverses telles que celles de nos cellules. Non seulement il est académiquement intéressant de constater que les forces peuvent parfois se repousser, mais cela pourrait avoir des implications potentielles, notamment pour la délivrance de molécules pharmaceutiques dans les cellules, pour le dessalement et le transport de l’eau ou encore pour l’autoassemblage de couches moléculaires dans des dispositifs photovoltaïques.

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