Richard Ernst : Le fabricant d'outils de la chimie moderne

Quelque part au-dessus de l'Atlantique en octobre 1991, un chimiste suisse fut invité dans le cockpit d'un avion de ligne et reçut un message radio : il avait remporté le prix Nobel de chimie. C'était une livraison étrangement appropriée pour Richard Ernst, un homme dont toute la carrière consistait à construire les instruments à travers lesquels les autres verraient. Il n'a jamais prétendu être plus que cela. Il se décrivait, de manière désarmante, comme un « fabricant d'outils » plutôt que comme un scientifique — ce qui sous-estimait de loin ce que ses outils rendaient possible.

Une enfance à Winterthur et les produits chimiques d'un oncle

Ernst est né le 14 août 1933 à Winterthur, en Suisse, de Robert Ernst et Irma Ernst-Brunner. Il a grandi dans une maison que son grand-père, un marchand, avait construite en 1898 — le genre de continuité suisse solide qui a tendance à produire soit des conformistes, soit des gens qui font tranquillement quelque chose d'étrange dans le grenier. Ernst a fait ce dernier. À treize ans, il a découvert une collection de chimie laissée par un oncle décédé et a commencé à travailler avec plus d'enthousiasme que de prudence, produisant des explosions qui ont alarmé ses parents.

L'autre passion est arrivée plus tôt et n'est jamais repartie. Il jouait du violoncelle et a envisagé pendant un temps la composition comme carrière. Les deux intérêts étaient moins opposés qu'ils n'en ont l'air : ce sont tous deux des exercices consistant à résoudre des signaux superposés complexes en quelque chose que l'oreille ou l'œil peut lire, et Ernst passerait sa vie professionnelle à faire précisément cela avec les fréquences émises par les noyaux atomiques.

ETH Zurich

Il a obtenu son diplôme en chimie à l'ETH Zurich en 1957, se qualifiant en tant que Diplomierter Ingenieur Chemiker, et est resté pour un doctorat en chimie physique, terminé en 1962. La thèse portait sur la résonance magnétique nucléaire — le phénomène par lequel les noyaux atomiques placés dans un champ magnétique absorbent et réémettent des ondes radio à des fréquences qui trahissent leur environnement chimique. En principe, la RMN pouvait révéler la structure de n'importe quelle molécule. En pratique, en 1962, elle était douloureusement insensible : les échantillons devaient être grands, les mesures lentes, et tout ce qui était dilué ou compliqué — c'est-à-dire tout ce qui était biologique — était hors de portée.

Varian Associates et la transformée de Fourier

En 1963, Ernst a rejoint Varian Associates en Californie en tant que scientifique, et y a produit l'innovation qui a changé le domaine. La RMN conventionnelle balayait lentement les fréquences une par une. L'approche d'Ernst consistait à frapper l'échantillon avec une courte impulsion qui excitait toutes les fréquences à la fois, puis à utiliser la transformation de Fourier pour démêler le fouillis résultant de signaux superposés en un spectre. Le gain en sensibilité était énorme. Des expériences qui avaient été impossibles sont devenues routinières ; des molécules qui avaient été invisibles parce qu'elles n'étaient présentes qu'en quantités infimes sont devenues lisibles. Chez Varian, il a également développé des techniques de découplage du bruit, un autre moyen de nettoyer les spectres encombrés.

La RMN à transformée de Fourier est la raison pour laquelle la chimie peut aujourd'hui déterminer la structure d'un composé inconnu en un après-midi plutôt qu'en une saison, et c'est l'ancêtre direct de l'imagerie par résonance magnétique, la technologie qui a transformé la même physique en un moyen de regarder à l'intérieur d'un corps humain vivant sans l'ouvrir.

La deuxième dimension

Ernst est retourné à l'ETH Zurich en 1968 en tant que chargé de cours, est devenu professeur assistant en 1970, professeur associé en 1972 et, en 1976, professeur titulaire de chimie physique. Il a dirigé le Laboratoire de chimie physique et y a développé la deuxième grande avancée de sa carrière : la RMN bidimensionnelle, ainsi qu'une suite de nouvelles techniques d'impulsion.

Si la RMN à transformée de Fourier a rendu les spectres plus rapides, la RMN bidimensionnelle les a rendus intelligibles. En répartissant l'information sur deux axes de fréquence, les méthodes d'Ernst ont démêlé des spectres qui étaient désespérément encombrés en une dimension et, surtout, ont révélé quels noyaux étaient couplés à quels autres — c'est-à-dire quels atomes étaient proches de quels autres. C'est de l'information structurelle. C'est ce qui a permis à la RMN de passer des petites molécules aux protéines et aux acides nucléiques, et c'est pourquoi la biologie structurale possède aujourd'hui deux grandes méthodes plutôt qu'une.

Le prix Nobel et les honneurs qui ont suivi

Le prix Nobel de chimie 1991 a été décerné à Ernst seul, « pour ses contributions au développement de la méthodologie de la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN) à haute résolution » — une citation inhabituellement simple pour un ensemble de travaux inhabituellement conséquents.

Le reste est arrivé en séquence : le prix Marcel Benoist en 1985, la médaille John Gamble Kirkwood en 1989, et l'année même du Nobel, à la fois le prix Wolf de chimie et le prix Louisa Gross Horwitz. Il a reçu la médaille Tadeus Reichstein en 2000 et l'ordre de l'Étoile de Roumanie en 2004, et a été élu membre étranger de la Royal Society en 1993. Il était titulaire de doctorats honorifiques de six institutions et appartenait à l'Académie nationale des sciences des États-Unis, à l'Académie nationale allemande des sciences Leopoldina, à l'Académie russe des sciences, à l'Académie coréenne des sciences et de la technologie, à l'Académie des sciences du Bangladesh et, depuis 2002, à l'Académie estonienne des sciences en tant que membre étranger.

Rouleaux tibétains et retraite

Ernst a pris sa retraite en 1998, mais l'habitude du fabricant d'outils ne l'a pas quitté. Il était un collectionneur sérieux d'art de rouleaux tibétains, et plutôt que de l'admirer passivement, il a tourné ses propres instruments vers lui, analysant les pigments pour déterminer d'où venaient les peintures et quel âge avaient les rouleaux. La musique et l'art sont restés le contrepoids au laboratoire tout au long de sa vie.

Il a épousé Magdalena Kielholz, et ils ont eu trois enfants : Anna Magdalena, Katharina Elisabeth et Hans-Martin Walter.

Winterthur, 2021

Richard Ernst est décédé le 4 juin 2021 à Winterthur, la ville où il est né, à l'âge de quatre-vingt-sept ans. Ses instruments lui ont survécu dans chaque département de chimie et chaque suite de radiologie hospitalière sur terre — un héritage assez vaste pour un homme qui insistait sur le fait qu'il ne faisait que fabriquer les outils.