Jean-Marie LEHN. — Il est clair qu’il s’agit de la matière formée à partir des éléments qui figurent dans le tableau de Mendeleïev. C’est elle seule qui fait notre monde, la Terre et la vie. Oui, la chimie a un lien avec la cosmologie puisque, depuis l’explosion originale, le big bang, l’univers s’est refroidi et a donné naissance successivement aux particules, puis aux atomes, puis aux molécules ; les molécules se sont assemblées en des structures plus complexes : des membranes, des cellules ; puis, est apparue la vie, par des mécanismes que nous ne connaissons pas, mais qui font l’objet de cette chimie que l’on appelle la chimie prébiotique – qui essaie de reconstruire ce qui aurait pu se passer, de retracer les chemins par lesquels la vie aurait pu apparaître au cours de l’évolution de l’univers. La chimie a commencé quand il a fait assez froid pour que les molécules puissent se constituer ; la vie a commencé quand les conditions en furent réunies en un endroit de l’univers, la planète Terre. Il y a très probablement de la vie sur d’autres planètes, une vie qui n’est peut-être pas très différente de celle que nous connaissons, parce qu’il n’y a pas trente-six façons de faire des êtres vivants. Nous-mêmes faisons partie de l’évolution de l’univers, nous en sommes des produits.

B. S.-S. — Quand vous employez le terme « interaction », s’agit-il de l’une des quatre interactions fondamentales ? Quelles sont les interactions sur lesquelles repose principalement la chimie supramoléculaire ?

J.-M. L. — Il s’agit des forces électromagnétiques, celles qui apparaissent dans les trois premières minutes de l’univers. Bien sûr, en chimie, il y a les atomes ; dans les atomes, des noyaux; dans les noyaux, des nucléons ; mais, quand le chimiste travaille, y compris en chimie supramoléculaire, c’est aux forces électromagnétiques qu’il a affaire.

B. S.-S. — Quel sens le concept d’information a-t-il en chimie ? Désigne-t-il une relation causale entre des phénomènes physico-chimiques ? Ou bien dénote-t-il des phénomènes qui ressemblent à des opérations mentales comme la « reconnaissance » d’un visage; ou comme une « instruction » et un « ordre » qu’un agent donne à un autre agent ?

J.-M. L. — C’est les deux à la fois. Il est difficile de séparer ces deux aspects : tout d’abord, l’information est un élément causal qui fait que, si tel objet a telle structure, il pourra interagir préférentiellement avec tel autre objet – on dit même le « reconnaître ». Par exemple, un anticorps est une molécule biologique qui interagit très spécifiquement avec une autre molécule biologique, l’antigène. Il faut bien admettre qu’il y a une information pour qu’il y ait reconnaissance.

B. S.-S. — Oui, mais cette « reconnaissance » ne pourrait-elle pas être une sorte d’emboîtement de formes, comme dans la relation clé-serrure proposée par Emil Fischer ?

J.-M. L. — Vous avez raison : géométriquement, c’est un emboîtement de formes. Si je vous reconnais par la vue, il n’y a pas emboîtement de formes, car c’est un phénomène optique; en revanche, si nous sommes dans l’obscurité et que je vous reconnaisse en passant ma main sur votre visage, il y a reconnaissance de forme. Mais il faut compléter cette image « clé et serrure »; il faut qu’il y ait aussi complémentarité entre les sites d’interaction portés par les deux molécules qui se « reconnaissent ».

Dans l’ADN, l’information génétique est portée par une suite d’un très grand nombre de quatre groupes chimiques (les bases nucléiques) : c’est le stockage moléculaire de l’information. Elle est lue au niveau supramoléculaire par appariement de ces groupes à travers deux ou trois points de contact (qu’on appelle liaisons hydrogène).

Je vois bien la différence que l’on peut établir entre la causalité brute, physico-chimique, et un processus plus profond ou intelligent de reconnaissance; toutefois, je pourrais soutenir que la forme la plus simple de reconnaissance, même entre êtres humains, est liée à une information, transmissible de différentes façons, l’une d’elles étant le toucher.

B. S.-S. — Cela m’amène à vous poser une question sur la notion de « dessein » (design) et de programmation ; et sur ce que vous appelez la stratégie de l’Aufbau. Dans la notion de programme, telle qu’on l’utilise dans la programmation algébrique, on suppose qu’un agent peut fabriquer plusieurs programmes, et qu’il a un critère de choix lui permettant de retenir le meilleur et d’optimiser son choix. Cette notion d’optimisation se retrouve-t-elle en chimie ? Quand vous parlez d’une stratégie de construction (Aufbau), cela veut-il dire que l’ensemble des informations peut être agencé de telle façon qu’on puisse prévoir le résultat et améliorer un résultat déjà obtenu ?

J.-M. L. — Oui, c’est à cela que l’on désire aboutir; mais ce qu’on prévoit n’est pas toujours ce qu’on obtient. Cela peut d’ailleurs être plus intéressant, car, quand on obtient ce qu’on a prévu, on n’a pas fait de découverte, mais seulement confirmé ce que l’on attend. Par contre, quand vous obtenez ce que vous n’aviez pas prévu, c’est sans doute que vous avez trouvé quelque chose de neuf !

La notion d’Aufbau est directement liée à ce que j’appelle l’« autoassemblage » ou l’« auto-organisation ». Il s’agit de systèmes dont les « briques » sont faites de telle façon que, quand elles sont mélangées, elles s’assemblent sur la base de processus de reconnaissance moléculaire ; et, pourvu que l’on ait bien compris le processus en question, on peut espérer obtenir une espèce finale déterminée, par une séquence d’événements parfaitement agencés sur la base de phénomènes physico-chimiques clairs et nets.

L’optimisation peut se faire. La sélection est, en effet, une question d’énergie relative des interactions. Quand la structure des objets est différente, la sélection se fait beaucoup mieux.

Par exemple, deux briques moléculaires qui interagissent pour se constituer en un objet complexe peuvent le faire de façon très sélective, en choisissant très bien les briques qu’il faut. Mais, si les structures des briques ne sont pas assez différentes, il peut y avoir des erreurs, parce que les énergies des espèces formées ne sont pas suffisamment différentes non plus ; dans ce cas, la sélection est moindre. Donc, une optimisation est possible, en ce sens que l’on peut rendre le système plus déterminé, suivant la façon dont on le conçoit. C’est là l’un des buts de l’approche que j’appelle l’« auto-organisation par dessein » : intentionnellement, on programme le processus, on essaie de mettre, dans les caractéristiques d’une brique, des instructions suffisamment fortes pour générer automatiquement ce que l’on souhaite obtenir.

L’autre possibilité, d’ailleurs reliée à la précédente, est la suivante : si le système est suffisamment bien informé, bien instruit, même quand il est en mélange, il arrive à sélectionner parmi les briques disponibles celles dont il a besoin. En d’autres termes, l’auto-organisation peut s’accompagner d’une sélection du composant optimal pour fabriquer l’objet final.

B. S.-S. — C’est ce que vous appelez l’auto-organisation par sélection ?

J.-M. L. — C’est cela. C’est un peu « darwinien », mais ne perdons pas de vue que le darwinisme concerne des espèces infiniment plus compliquées que les espèces moléculaires, soumises à des lois thermodynamiques incontournables, même si leurs possibilités d’adaptation sont réelles. Supposez, en effet, que vous ayez un ensemble de composants de « briques » : celles-ci, dans certaines conditions, s’assemblent en un objet donné; si vous perturbez le système, par exemple en rajoutant quelque chose, le résultat pourra être autre. Il y a donc adaptation. Par exemple, si vous augmentez l’acidité, ou diminuez la température, ou changez le solvant, ou rajoutez une autre brique, cela conduira le système à faire autre chose.

C’est ce que j’appelle la notion de « bibliothèque virtuelle » qui contient en puissance tous les assemblages possibles des briques qui la composent. Par exemple, nous avons étudié une molécule qui, en s’associant à certains ions métalliques formant le ciment, peut générer un assemblage ayant la forme d’un carré, d’un pentagone, d’un hexagone, d’un heptagone, etc. Virtuellement, potentiellement, cette brique et les ions métalliques en question peuvent induire la formation de toutes les combinaisons géométriques polygonales à deux, trois, quatre, cinq, six sommets, etc. En tout cas, en principe. Et suivant les espèces en présence, l’une ou l’autre de ces combinaisons sera obtenue, « exprimée » par le système.

B. S.-S. — Pour régir ces transformations, le chimiste dispose-t-il d’un clavier d’actions, comme un pianiste ?

J.-M. L. — Il ne faut pas, bien sûr, exagérer une telle analogie. Cependant, quand vous rajoutez, dans le système, un autre ingrédient, par exemple des ions chlorure, vous obtenez un pentagone ; et quand vous remplacez le chlorure par un sulfate, vous obtenez un hexagone. Bien que limitée, on peut, sur cette base, extrapoler. Cela permet de dire : voilà un système dynamique capable d’exprimer des combinaisons très variées, et qui les exprime en fonction de ce que l’entourage lui demande. C’est un processus adaptatif.

B. S.-S. — Cette propriété de l’organisation de molécules est-elle utilisée pour la recherche de nouveaux médicaments, de molécules utiles ?

J.-M. L. — On essaie de le faire. C’est ce qu’on appelle la chimie combinatoire dynamique. Pourquoi « dynamique » ? Parce que, pour que le processus puisse s’ajuster, il faut qu’il soit réversible. Si le processus ne peut pas se faire et se défaire, il n’y a pas d’adéquation possible. C’est « combinatoire », parce qu’on prend les mêmes éléments et qu’on les recombine différemment. On peut donc concevoir que, mis en présence d’une cible biologique sur laquelle on veut agir, les pièces en question s’assemblent différemment, faisant émerger, parmi toutes les combinaisons que l’on peut générer à partir de ces éléments de base, la combinaison qui va s’accrocher un peu mieux que les autres ; et c’est celle-là qu’on va « sortir », extraire et identifier.

B. S.-S. — Pourriez-vous donner des exemples ?

J.-M. L. — Oui, nous avons travaillé en particulier sur des inhibiteurs d’enzyme, ou des substances qui s’accrochent spécifiquement à des protéines liant des sucres.

B. S.-S. — La chimie de synthèse et, plus encore, la chimie supramoléculaire, montrez-vous, a pour vocation de construire de nouveaux matériaux, « dynamiques », pourvus de qualités très particulières, réversibles, et remplissant, par exemple, par des procédés artificiels, des fonctions naturelles. Y a-t-il déjà des substances de ce genre ? Avez-vous pu en réaliser ?

J.-M. L. — En un sens, un médicament remplit une fonction biologique naturelle. De telles substances font l’objet de la chimie pharmaceutique : l’interaction entre les molécules fabriquées en laboratoire et celles qui constituent le vivant.

Le but de la chimie est, traditionnellement, de fabriquer des molécules dont les formes, les propriétés, etc. soient bien définies, parce que les atomes qui les composent sont rattachés par des liaisons, dites covalentes, stables dans les conditions normales de température et de pression.

On peut porter sur le monde moléculaire un regard différent : pourquoi ne pas fabriquer des molécules dans lesquelles, intentionnellement, on incorporerait des liaisons entre atomes réversibles, c’est-à-dire susceptibles de se casser et de se reformer dans des conditions bien spécifiques, de manière à rendre le système labile, dynamique ?

Dans ce cas, s’ouvre la possibilité de mettre au point des systèmes (en particulier des matériaux comme les polymères) qui peuvent s’adapter : ils associent, réassocient, échangent leurs composants, etc.

Cela me motive beaucoup, car, au lieu de s’occuper de molécules qui sont des objets statiques, donnés une fois pour toutes, on traite d’objets susceptibles, dans des conditions définies, de dissocier leurs composants et de se reconstituer différemment. C’est comme si, ayant construit une maison, vous la défaisiez, et en construisiez une nouvelle, avec d’autres formes, d’autres couleurs, d’autres ouvertures, en y incorporant d’autres matériaux.

B. S.-S. — Est-ce que ce sont là des processus que la nature réalise spontanément dans les êtres vivants ? Ou est-ce quelque chose qui est propre à l’art du chimiste ?

J.-M. L. — En un sens, oui, la nature peut rendre ses objets dynamiques. Le système immunitaire, par exemple, peut le faire. Il ne va pas fabriquer des molécules instables, mais il va puiser, dans un réservoir de molécules possibles, celle qui est le mieux adaptée à une situation donnée. La variété existe donc, mais ce n’est pas la même chose que d’avoir des molécules qui sont en elles-mêmes labiles.

La difficulté considérable est dans la caractérisation des systèmes de molécules instables, dont les liaisons sont labiles, parce que vous ne pouvez plus compter que la situation va rester en l’état; si vous bougez, cela risque de changer.

Du point de vue philosophique, c’est intéressant : à partir du moment où vous voulez savoir ce qu’est un objet, l’action que vous menez pour le connaître risque de le perturber, et donc de le changer. Il faut donc essayer d’abord de le stabiliser, de le piéger afin de pouvoir l’identifier.

B. S.-S. — Vous dédicacez à Pierre Boulez l’une de vos études, Programmed Chemical Systems; et dans Dynamic Combinatorial Chemistry and Virtual Combinatorial Libraries, vous évoquez Cent mille milliards de poèmes de Queneau. Cela veut-il dire qu’il y a un lien étroit entre la science du chimiste et l’art ? La chimie est-elle à la fois un art et une science ? Pourriez-vous dire comment ces deux faces de votre discipline s’expriment en vous ?

J.-M. L. — Pierre Boulez a été un de mes collègues au Collège de France et je le connais bien. C’est une manière de dire : il y a peut-être des relations entre les façons dont on approche les problèmes dans des domaines totalement différents. Les sciences ont des rapports avec certaines formes d’art; j’ai cité les Cent mille milliards de poèmes parce qu’il y a, chez Queneau, cette diversité : ses vers écrits sur des languettes, ce sont les composantes de la chimie combinatoire dynamique. C’est une espèce de poésie : ce sont des sonnets dynamiques.

B. S.-S. — Oui, mais on peut imaginer que le sonnet et son sens sont présents dans le poète. Iriez-vous jusqu’à dire qu’il y a un poète dans la nature ?

J.-M. L. — Non. Je ne le pense pas ! Le poète est dans l’être qui fait face à la nature.

B. S.-S. — Parce que l’usage que vous faites de la notion de matière, en montrant une ascension vers la complexité, en parlant de matière condensée, de matière informée, de matière vivante, de matière pensante, donne à entendre...

J.-M. L. — Après tout, je suis très matérialiste, peut-être ?

B. S.-S. — Ou « philosophe de la nature » au sens de la Naturphilosophie ?

J.-M. L. — Je pense seulement ceci : l’organe qui nous permet de réfléchir, d’essayer de comprendre l’univers, ce que nous y faisons, y compris notre curiosité scientifique le concernant, c’est un organe fabriqué à partir de molécules dont les fonctions peuvent en principe s’en déduire mais pas s’y réduire.

Je parlerai plutôt d’émergence. Considérez une molécule d’eau : HOH, trois atomes, deux atomes d’hydrogène liés à un atome d’oxygène. Quand cette molécule est isolée, elle ne peut ni bouillir ni geler, parce qu’elle est isolée. Vous prenez un verre d’eau : l’eau peut bouillir et elle peut geler. Pourquoi ? C’est toujours de l’eau, mais c’est un ensemble. Les molécules d’eau interagissent : c’est une population de molécules, qui a acquis, du fait d’être ensemble, de nouvelles propriétés qui ne peuvent pas exister dans le monde des molécules isolées. En quelque sorte, vous pouvez déduire de la molécule d’eau et des interactions entre les molécules d’eau la possibilité de geler et de bouillir, mais vous ne pouvez pas réduire ces propriétés nouvelles, émergentes, à la molécule isolée.

B. S.-S. — Cela ne veut-il pas dire que ce que les Anciens ou les scolastiques appelaient la « cause formelle » a une signification dans la nature ? Autrement dit, que les mêmes composants matériels, si leur assemblage est différent, si leurs liaisons se trouvent modifiées, ont des propriétés différentes ? Et, dans la notion de stratégie de l’Aufbau, n’allez-vous pas plus loin, puisque vous dites que cette forme elle-même, nous pouvons l’orienter, la diriger, la modeler ?

J.-M. L. — Oui, c’est vrai. Pour vous donner un exemple, nous avons fabriqué des systèmes qui donnent séparément des doubles hélices artificielles, des cages en forme de cylindre et des grilles. Vous les mélangez : si le système est assez bien déterminé, les hélices, les cages et les grilles vont quand même se faire en sélectionnant sur mesure les bons éléments, ceux dont elles ont besoin pour se constituer.

B. S.-S. — Peut-on faire des systèmes qui ressemblent à la double hélice naturelle ?

J.-M. L. — Oui, on a fait de tels systèmes. Ce n’est pas la double hélice naturelle des acides nucléiques ; c’est juste un objet qui, géométriquement, a la forme de double hélice.

B. S.-S. — Et est-ce que la naissance de la double hélice naturelle est un problème qui, du point de vue chimique, apparaît comme soluble ?

J.-M. L. — Oui, ce n’est pas un problème majeur. Le fait que ce soit une hélice tient à des phénomènes plutôt simples de forme des unités qui la composent et de chiralité. Les deux brins moléculaires doivent s’enrouler parce que la forme ainsi produite est la plus stable. Cela aurait pu être autrement, linéaire, par exemple. D’ailleurs il y a trois formes de double hélice : la forme A, la forme B et la forme Z.

B. S.-S. — Toutes les trois se trouvent-elles dans la nature ?

J.-M. L. — Oui, mais la forme normale de la double hélice est la forme B.

B. S.-S. — Je voudrais terminer cet entretien par une question plus personnelle. La philosophie de la nature repose sur un pari : elle conjecture que l’esprit humain, en se servant des sciences, est capable de restituer fidèlement, au moins par endroits, les processus de la nature et d’explorer des « possibles » que la nature n’a pas mis en Å“uvre. Est-ce que, si l’on accepte cette définition du réalisme, vous vous définiriez comme un réaliste ?

J.-M. L. — Oui, je le pense. Après tout, les forces électromagnétiques entre atomes sont telles ; les molécules se construisent d’une certaine façon; les processus de la nature vivante sont à base moléculaire ; mais, encore une fois, ils ont cette complexité émergente qui vient de ce que le système acquiert de plus en plus d’interactions, de rétroactions, de possibilités d’adaptation, de mise en réseau, de tout ce qui régit le comportement du monde moléculaire.

C’est la première étape vers une réalité qui, à un moment donné, produit des membranes, fait surgir la vie, donne un organisme vivant dont la complexité est telle qu’il a une histoire, une pensée...

B. S.-S. — Y a-t-il des morceaux de ce scénario que l’on connaisse ?

J.-M. L. — Oui, on commence à fort bien comprendre un certain nombre de processus de la vie; on commence à connaître – ou plus exactement à décrire – les processus de fonctionnement du cerveau.

En ce qui concerne l’exploration des possibles, on peut dire que, au cours de l’évolution naturelle qui a conduit aux organismes les plus avancés, les êtres vivants ont résolu tous les problèmes qui leur ont été posés. S’ils ne les avaient pas résolus, ils auraient disparu. Les questions qui n’ont pas été posées, c’est-à-dire, par exemple, l’absence de tel élément en présence de tel autre, n’ont pas été résolues, ce n’était pas nécessaire.

Pour le chimiste, par contre, les contraintes sont beaucoup plus légères. Les entités dont il s’occupe n’ayant pas – du moins pour l’instant – à grandir, à se développer et à se reproduire !

La chimie est donc plus libre d’explorer l’univers des « possibles », le monde vivant n’étant qu’un monde, certes de loin le plus complexe, mais un seul parmi l’univers de tous les mondes possibles.

Si nous revenons sur des notions évoquées ci-dessus, on pourrait dire que la dynamique permet d’explorer les possibles, que l’auto-organisation par dessein tend à réduire les possibles à l’unique et que la sélection s’efforce d’adapter les possibles.

Dans l’acte de fabriquer un objet chimique nouveau, il y a un aspect artistique qui évoque la sculpture ou la composition d’une pièce de musique. Même si ce n’est pas ressenti de la même façon que chez l’artiste, il y a acte créateur : on réalise quelque chose qui n’existait pas avant. En même temps, cette entité obéit complètement aux lois de la nature; on ne peut pas s’en affranchir. D’ailleurs, la résistance des matériaux et l’acoustique imposent aussi leurs contraintes au sculpteur et au compositeur... La chimie ne serait-elle pas l’art de la matière ?