Robert Curl : le spectroscopiste qui a trouvé un ballon de football fait de carbone

Robert Curl a passé la majeure partie de sa carrière à écouter les vibrations de molécules instables grâce à la spectroscopie micro-ondes et infrarouge, un travail dont peu de personnes en dehors des départements de chimie ont entendu parler. Puis, en onze jours en septembre 1985, un appareil laser emprunté et un pic errant sur un spectrographe de masse lui ont fourni une molécule si symétrique qu'elle semblait conçue plutôt que découverte — et un prix Nobel onze ans plus tard. Le garçon qui a autrefois ruiné la cuisinière en porcelaine de sa mère avec une fiole d'acide nitrique provenant d'un jeu de chimie a fini par réécrire ce que le carbone pouvait être.

Le fils d'un prédicateur avec un jeu de chimie

Curl est né le 23 août 1933 à Alice, au Texas, fils d'un ministre méthodiste dont les postes de missionnaire ont contraint la famille à se déplacer à travers le sud et le sud-ouest du Texas. Un jeu de chimie reçu à l'âge de neuf ans a orienté sa vie, malgré les dégâts domestiques qu'il a causés. Il a terminé ses études secondaires à la Thomas Jefferson High à San Antonio et a choisi le Rice Institute pour l'université — attiré, selon ses propres termes, autant par la gratuité des frais de scolarité et l'équipe de football que par son département de chimie. Il y a obtenu sa licence en 1954, puis est allé à Berkeley pour un doctorat sous la direction de Kenneth Pitzer, étudiant la spectroscopie infrarouge des angles de liaison du disiloxane, avant un stage postdoctoral à Harvard avec E. B. Wilson explorant les barrières rotationnelles des molécules par spectroscopie micro-ondes. En 1958, il est retourné à Rice en tant que jeune membre du corps professoral, héritant de l'équipement et des étudiants diplômés d'un professeur sur le départ, et y est resté pour le reste de sa vie professionnelle.

Des décennies dans les méandres de la spectroscopie

Pendant près de trois décennies, le travail de laboratoire de Curl s'est concentré sur la spectroscopie micro-ondes et infrarouge des radicaux libres et de petites espèces instables comme le dioxyde de chlore — une science précise, technique et peu glamour visant à comprendre la structure moléculaire grâce aux détails fins et hyperfins de la façon dont les molécules absorbent et émettent la lumière. C'était un travail d'instrumentation exigeant, du genre qui forme un scientifique à remarquer quand un signal ne se comporte pas comme la théorie le prévoit. Cette habitude d'attention allait compter plus que quiconque aurait pu le deviner.

Onze jours qui ont trouvé une nouvelle forme de carbone

En septembre 1985, le chimiste britannique Harold Kroto est venu à Rice pour emprunter l'appareil de vaporisation laser que le collègue de Curl, Richard Smalley, avait construit pour étudier les agrégats semi-conducteurs, dans l'espoir de recréer les conditions riches en carbone d'une étoile géante rouge et de générer de longues chaînes de carbone. Curl s'est joint à l'effort, travaillant aux côtés de Kroto, Smalley et des étudiants diplômés James Heath et Sean O'Brien. En vaporisant du graphite avec une impulsion laser intense, l'équipe a obtenu ses chaînes de carbone — mais le spectromètre de masse a également montré quelque chose d'inattendu : un pic massivement dominant correspondant à un agrégat d'exactement soixante atomes de carbone, avec un pic frère plus petit à soixante-dix. Un seul nombre aussi inerte et aussi proéminent impliquait une cage fermée, symétrique et chimiquement stable plutôt qu'une chaîne ouverte. Au cours des onze jours suivants, le groupe a conclu que la seule géométrie cohérente avec les données était un arrangement d'hexagones et de pentagones en forme de ballon de football — le même motif que l'architecte Buckminster Fuller avait utilisé dans ses dômes géodésiques. Ils ont nommé la molécule buckminsterfullerène. La contribution spécifique de Curl a consisté à optimiser les conditions de vapeur de carbone qui ont rendu le signal si propre et à l'analyse spectrale qui a aidé à confirmer la structure. La découverte a ouvert une branche entièrement nouvelle de la chimie du carbone — les fullerènes, rejoints plus tard par les nanotubes de carbone — et en 1996, Curl a partagé le prix Nobel de chimie avec Kroto et Smalley « pour leur découverte des fullerènes ».

Après le prix

Curl a été direct sur ce qu'il a fait ensuite : comme il l'a dit, « après avoir gagné un Nobel, vous pouvez soit devenir un pontificateur scientifique, soit avoir une idée pour une nouvelle science » à poursuivre. Il a choisi cette dernière option, réorientant son laboratoire vers l'instrumentation de génotypage et de séquençage de l'ADN, puis vers des capteurs de gaz traces photoacoustiques construits autour de lasers à cascade quantique — une science appliquée de construction d'instruments tout à fait dans l'esprit de sa formation spectroscopique. Il a également été le premier maître du Lovett College de Rice, assumant le genre de rôle institutionnel et de mentorat que les lauréats du prix Nobel sont souvent appelés à remplir. Lorsque le président de Rice lui a demandé ce qu'il voulait après l'annonce du prix Nobel, la demande de Curl était typiquement modeste : un porte-vélos plus proche de son bureau et de son laboratoire, puisqu'il se rendait au travail à vélo tous les jours. Il a pris sa retraite de Rice en 2008, à soixante-quatorze ans, en tant que professeur émérite, après avoir été élu à l'Académie nationale des sciences et à l'Académie américaine des arts et des sciences et avoir reçu des distinctions, notamment le prix Alexander von Humboldt pour les scientifiques américains seniors et la médaille du centenaire de la Royal Society of Chemistry.

Une vie privée construite autour de la routine

Curl a épousé Jonel Whipple en 1955, et les deux ont élevé deux enfants ensemble au cours de ce qui est devenu un mariage de près de sept décennies. Ses collègues se souvenaient de lui moins pour ses grandes déclarations que pour ses habitudes stables — le trajet quotidien à vélo, une partie de bridge hebdomadaire avec la Bridge Brigade de Rice — la même disposition à une attention patiente et répétée qui l'avait servi dans le laboratoire de spectroscopie pendant trente ans avant même que les fullerènes n'apparaissent sur un écran.

Pourquoi Robert est qualifié de génie

Le Nobel de Curl n'est pas dû à un éclair de génie théorique, mais à quelque chose de plus étroit et, à sa manière, plus difficile à simuler : la compétence perceptive entraînée à reconnaître qu'un pic inattendu sur un spectrographe de masse signifiait quelque chose que tout le domaine avait manqué. C'est une forme de reconnaissance experte de modèles construite sur des décennies de travail fondamental spectroscopique peu glamour, et non une supposition inspirée — Curl lui-même a attribué le sprint de onze jours vers une structure à un véritable effort d'équipe avec Kroto, Smalley, Heath et O'Brien, et la formulation du comité Nobel lui-même était collective, créditant « leur découverte » plutôt qu'une seule idée. Le contre-argument honnête mérite d'être énoncé clairement : le buckminsterfullerène était, selon le récit de chaque participant, une découverte fortuite issue d'une expérience visant tout autre chose, et Curl était l'un des trois lauréats co-égaux du prix Nobel plutôt qu'un visionnaire solitaire. Ce qui lui vaut cette étiquette est moins romantique que ce que « génie » implique généralement — une discipline de précision instrumentale tout au long de sa carrière qui lui a permis de voir, en temps réel, qu'une anomalie dans les données était une nouvelle forme de matière plutôt que du bruit.

Héritage

Le buckminsterfullerène a lancé la branche nanotechnologique des matériaux carbonés, de la chimie des fullerènes aux nanotubes de carbone, et la désignation de site historique national de la chimie en 2010 à Rice marque l'endroit où cela s'est produit. Curl est décédé le 3 juillet 2022, à Houston, à quatre-vingt-huit ans, retenu moins comme un scientifique célèbre que comme un spectroscopiste travaillant qui se trouvait par hasard dans la pièce, avec le bon instrument et le bon œil pour une anomalie, lorsque le carbone a révélé une forme que personne ne lui avait attribuée auparavant.