John Pople : L'homme qui a enseigné la chimie aux ordinateurs

Avant John Pople, un chimiste qui voulait savoir comment une molécule se comporterait réalisait une expérience. Après lui, un chimiste pouvait saisir la molécule dans un ordinateur et obtenir une réponse souvent suffisamment bonne pour être publiée. Pople a passé cinq décennies à transformer la mécanique quantique, d'une théorie élégante qui ne pouvait être résolue exactement que pour l'atome d'hydrogène, en un logiciel opérationnel applicable à presque tout. En 1998, le comité Nobel lui a attribué la moitié du prix de chimie pour un ensemble de travaux qu'il a soutenu, jusqu'à la fin, être en réalité des mathématiques.

De Somerset à Trinity

Pople est né le 31 octobre 1925 à Burnham-on-Sea, dans le Somerset. Il a fréquenté la Bristol Grammar School et a obtenu en 1943 une bourse pour le Trinity College de Cambridge, décrochant sa licence (BA) en 1946. La guerre a interrompu son parcours académique linéaire : entre 1945 et 1947, il a travaillé à la Bristol Aeroplane Company. Il est retourné à Cambridge et a obtenu un doctorat en mathématiques en 1951 sous la direction de John Lennard-Jones, en écrivant une thèse sur les électrons non liants — ces électrons de valence qui restent non partagés sur un atome et déterminent discrètement une grande partie de la forme et de la réactivité d'une molécule.

Ses travaux de doctorat ont également produit un traitement statistique et mécanique de l'eau qui, selon des évaluations ultérieures, est resté « la référence pendant de nombreuses années ». C'était un signe précoce caractéristique : Pople choisissait des problèmes où une structure mathématique pouvait être imposée à une réalité chimique complexe.

Cambridge, le NPL et le départ vers l'Ouest

Une bourse de recherche à Trinity a suivi son doctorat, et à partir de 1954, il a enseigné à la faculté de mathématiques de Cambridge. En 1958, il s'est installé à Londres pour diriger la division de physique fondamentale du National Physical Laboratory. L'année suivante, il a coécrit avec W. G. Schneider et H. J. Bernstein High Resolution Nuclear Magnetic Resonance, un manuel paru précisément au moment où la RMN devenait l'instrument qui allait définir la chimie structurale moderne.

Puis vint la rupture décisive. Un séjour sabbatique de 1961 à 1962 à l'Université Carnegie-Mellon à Pittsburgh l'a convaincu de l'avenir du travail computationnel, et en 1964, il s'y est installé définitivement. Il est resté aux États-Unis pour le reste de sa vie tout en conservant sa citoyenneté britannique. En 1993, il a déménagé à nouveau, à l'Université Northwestern, en tant que professeur de chimie Trustees, un poste qu'il a occupé jusqu'à sa mort.

Rendre les molécules calculables

La mécanique quantique décrit en principe chaque liaison chimique. En pratique, les équations deviennent insolubles dès qu'une molécule contient plus de quelques électrons. L'œuvre de la vie de Pople a été la construction systématique d'approximations — des simplifications défendables et testables qui ont rendu le problème intractable gérable.

Il a développé la méthode Pariser-Parr-Pople pour les systèmes d'électrons pi, ces électrons délocalisés qui régissent le comportement des molécules aromatiques et conjuguées. Il a ensuite progressé vers les trois dimensions avec le CNDO en 1965 et les approximations INDO qui ont suivi, chacune troquant une quantité mesurée de rigueur contre un gain énorme en matière de calcul effectif.

Son action la plus importante s'est orientée vers les méthodes ab initio — des calculs construits à partir de premiers principes plutôt qu'ajustés à l'expérience. En travaillant avec des orbitales de type Slater puis gaussiennes, il est devenu la force motrice du logiciel Gaussian, co-signant Gaussian 70, la première version. Gaussian a fait ce qu'aucun article ne pouvait faire seul : il a mis la chimie quantique entre les mains de chimistes qui n'étaient pas des théoriciens quantiques. Parallèlement, il a introduit le concept de « chimie modèle » — l'exigence qu'une méthode de calcul soit définie avec suffisamment de précision pour être testée systématiquement par rapport à la réalité plutôt que réglée au cas par cas. Son groupe a ensuite produit les méthodes composites Gaussian-1 et Gaussian-2, qui ont combiné plusieurs calculs pour atteindre des précisions proches des mesures expérimentales.

La rupture avec Gaussian

Le logiciel qui portait son nom a également donné lieu à l'épisode le plus sombre de sa carrière. Pople a quitté Gaussian en 1991, et à la suite de cela, des scientifiques de premier plan — dont Pople lui-même — ont été interdits d'utilisation du programme. L'affaire a suscité une controverse considérable au sein de la communauté de la chimie quantique, un domaine suffisamment restreint pour qu'un tel schisme soit ressenti partout. La réponse de Pople a été de bâtir un rival : après son départ, il a développé le programme de chimie computationnelle Q-Chem.

Distinctions

Les récompenses ont commencé tôt avec le prix Mayhew en 1948 et ont jalonné toute sa carrière : membre de la Royal Society en 1961, prix Irving Langmuir en 1970, médaille Davy en 1988, prix Wolf en chimie en 1992. En 1998 est venu le prix Nobel de chimie, partagé avec Walter Kohn, pour les méthodes computationnelles en chimie quantique — une récompense inhabituelle en ce qu'elle n'honorait pas une découverte sur la nature, mais une façon de l'interroger. La médaille Copley a suivi en 2002 et le titre de chevalier, en tant que commandeur de l'Ordre de l'Empire britannique, en 2003.

L'homme privé

Pople a épousé Joy Bowers en 1952 ; elle est décédée d'un cancer en 2002. Il se définissait comme chrétien. Il a également soutenu toute sa vie qu'il était davantage mathématicien que chimiste — une auto-évaluation que les chimistes théoriciens ont poliment refusé d'accepter, le considérant plutôt comme l'une des figures les plus importantes de leur discipline.

Décès et postérité

Il est mort d'un cancer du foie à Chicago le 15 mars 2004, laissant dans le deuil sa fille Hilary et ses fils Adrian, Mark et Andrew. En 2009, sa famille a fait don de sa médaille Nobel à l'Université Carnegie-Mellon, où le travail décisif avait été accompli. La Bristol Grammar School a nommé une salle informatique et une bourse en son honneur ; le Centre de superinformatique de Pittsburgh a nommé un supercalculateur en son hommage — ce qui est, pour un homme qui a appris aux machines à faire de la chimie, le monument exactement approprié.