Prix Nobel 2026 : des molécules en miroir et des neutrinos dans la glace

Chaque début octobre, Stockholm annonce les prix Nobel. En 2026, la chimie et la physique racontent deux histoires très différentes. La première se joue à l’échelle du milliardième de mètre : celle des molécules qui existent sous deux formes, comme nos deux mains. La seconde se joue à l’échelle de l’Univers : celle d’une particule si discrète qu’il a fallu transformer la glace de l’Antarctique en détecteur pour l’attraper. Deux histoires parfaites pour montrer aux élèves que la science est une aventure humaine, faite d’intuitions, de patience et de surprises.

Chimie : le mystère des molécules en miroir

Nos mains, un modèle de chimie

Placez votre main droite devant un miroir : son reflet ressemble exactement à votre main gauche. Pourtant, essayez de superposer vos deux mains paume contre dos : impossible, les pouces ne sont jamais du même côté. Un objet qui n’est pas superposable à son image dans un miroir est dit chiral, du grec kheir, « la main ».

Beaucoup de molécules sont chirales. Le cas le plus fréquent : un atome de carbone relié à quatre groupes d’atomes différents. On peut alors construire deux molécules qui ont exactement la même formule, les mêmes atomes reliés dans le même ordre, mais disposées dans l’espace comme une main gauche et une main droite. Ces deux « jumelles en miroir » s’appellent des énantiomères.

Une découverte de Louis Pasteur

En 1848, le jeune Louis Pasteur observe au microscope les cristaux d’un sel d’acide tartrique, un composé présent dans le vin. Il remarque deux sortes de cristaux, images l’une de l’autre, et les trie un à un… à la pince. Dissoutes séparément, les deux sortes dévient la lumière polarisée en sens opposés. Pasteur venait de montrer que des molécules peuvent exister sous deux formes en miroir.

Deux formes, deux comportements

Dans un tube à essai, deux énantiomères ont presque toutes les mêmes propriétés : même température de fusion, même solubilité. Mais face à notre corps, lui-même construit de molécules chirales, ils peuvent se comporter très différemment, un peu comme une main droite qui n’entre pas dans un gant gauche. Quelques exemples :

• l’odeur : l’un des énantiomères de la carvone sent la menthe verte, l’autre le carvi ; l’un des énantiomères du limonène sent l’orange, l’autre a une odeur plus proche du citron et de la térébenthine ;
• les médicaments : pour de nombreux principes actifs, une seule forme soigne. L’autre est inutile, ou peut provoquer des effets indésirables. L’exemple tragique de la thalidomide, prescrite aux femmes enceintes à la fin des années 1950 et responsable de graves malformations, a marqué l’histoire : il a poussé les autorités sanitaires à exiger l’étude séparée de chaque forme.

Le choix du vivant

Le vivant a fait un choix radical. Les acides aminés qui forment nos protéines sont presque tous de la même forme, dite L, et les sucres de l’ADN sont de la forme D. On parle d’homochiralité. Pourtant, une réaction chimique ordinaire fabrique autant de molécules « gauches » que de « droites ». Comment la nature a-t-elle pu passer d’un mélange équilibré à une seule forme ? Le comité Nobel parle d’un « mystère chimique vieux de plus d’un siècle ». Les travaux des deux lauréats apportent des éléments de réponse.

1986 : l’effet non linéaire d’Henri Kagan

Pour fabriquer une seule forme d’une molécule, les chimistes utilisent un catalyseur chiral : une molécule qui guide la réaction sans être consommée, un peu comme un moule. Henri Kagan est un pionnier de cette « catalyse asymétrique » : dès 1971, son équipe a conçu un ligand, appelé DIOP, qui a ouvert la voie à de nombreux catalyseurs.

On pensait alors que la pureté du produit suivait sagement celle du catalyseur : un catalyseur à moitié pur donnerait un produit à moitié pur. En 1986, l’équipe d’Henri Kagan montre que ce n’est pas toujours vrai. Dans certaines réactions, un catalyseur imparfait, contenant un peu des deux formes, donne un produit plus pur que lui-même. La courbe qui relie les deux puretés n’est plus une droite : c’est l’effet non linéaire. L’explication tient à ce que les molécules de catalyseur s’associent entre elles, et que certaines associations sont « paresseuses », ce qui laisse agir en priorité la forme majoritaire.

1995 : l’autocatalyse de Kenso Soai

Kenso Soai va plus loin. En 1995, il décrit une réaction, devenue célèbre sous le nom de réaction de Soai, dans laquelle la molécule fabriquée sert elle-même de catalyseur à sa propre fabrication : c’est l’autocatalyse. Si, au départ, une forme est très légèrement majoritaire, elle se multiplie un peu plus vite que l’autre, puis de plus en plus vite. Après quelques cycles, la réaction ne produit presque plus que cette forme. Un minuscule déséquilibre initial suffit, et l’on a même montré que des cristaux chiraux, comme le quartz, peuvent faire pencher la balance.

C’est un mécanisme possible pour expliquer l’homochiralité du vivant : une infime préférence de départ aurait pu être amplifiée jusqu’à devenir totale.

Pourquoi c’est utile aujourd’hui

Selon le comité Nobel, ces découvertes ont joué « un rôle déterminant pour les chimistes qui conçoivent des réactions destinées à la fabrication de produits pharmaceutiques ». Comprendre comment une forme s’amplifie permet de fabriquer des médicaments plus purs, avec moins de déchets et moins d’étapes de séparation. Ce Nobel prolonge ceux de 2001 (William Knowles, Ryoji Noyori et Barry Sharpless, pour la catalyse asymétrique) et de 2021 (Benjamin List et David MacMillan, pour l’organocatalyse asymétrique).

Physique : chasser la particule fantôme

Le neutrino, une particule presque invisible

Le neutrino est l’une des particules élémentaires de la matière. Il n’a pas de charge électrique et une masse si petite qu’on ne l’a pas encore mesurée précisément. Surtout, il interagit très rarement avec la matière : il traverse la Terre entière sans être arrêté. Le Soleil en produit en permanence lors des réactions de fusion nucléaire de son cœur : environ 65 milliards de neutrinos solaires traversent chaque centimètre carré de notre peau à chaque seconde, sans le moindre effet. Le comité Nobel l’appelle « la particule la plus discrète de l’Univers ».

Une histoire qui commence en 1930

• 1930 : en étudiant la radioactivité bêta, les physiciens constatent qu’une partie de l’énergie semble disparaître. Wolfgang Pauli propose alors, dans une lettre restée célèbre, l’existence d’une particule neutre et invisible qui emporterait cette énergie. Enrico Fermi la baptise ensuite « neutrino », le « petit neutre » en italien.
• 1956 : Clyde Cowan et Frederick Reines détectent enfin des neutrinos, produits en très grand nombre par un réacteur nucléaire. Reines recevra le prix Nobel en 1995.
• 1998 à 2001 : des expériences au Japon et au Canada montrent que les neutrinos changent de nature en voyageant, ce qui prouve qu’ils ont une masse (Nobel 2015).

L’idée de Francis Halzen : un télescope dans la glace

Les neutrinos de très haute énergie venus du cosmos sont rarissimes. Pour en attraper quelques-uns, il faut surveiller un volume de matière gigantesque, transparent et protégé des autres particules qui arrivent de l’espace. Dans les années 1980, Francis Halzen a une idée audacieuse : utiliser la glace de l’Antarctique, épaisse de près de 3 km au pôle Sud, très pure et très transparente en profondeur. Après un premier prototype dans les années 1990, appelé AMANDA, l’observatoire IceCube est construit de 2005 à 2010, sur la base américaine Amundsen-Scott.

Comment fonctionne IceCube

• Avec de l’eau chaude sous pression, les équipes ont foré 86 puits dans la glace.
• Dans chacun, un câble porte une soixantaine de capteurs de lumière sphériques, soit plus de 5 000 capteurs placés entre 1 450 et 2 450 m de profondeur. Une fois l’eau regelée, ils sont prisonniers de la glace pour toujours.
• L’ensemble surveille environ un kilomètre cube de glace, soit un milliard de tonnes.
• Quand, très rarement, un neutrino heurte un noyau d’atome de la glace, il produit une particule chargée si rapide qu’elle va plus vite que la lumière dans la glace. Elle émet alors un faible éclair de lumière bleue, comme le « bang » d’un avion supersonique : c’est l’effet Tcherenkov.
• L’ordre dans lequel les capteurs s’allument, à quelques milliardièmes de seconde près, permet de reconstituer la trajectoire, donc la direction du ciel d’où vient le neutrino, et son énergie.

Les grandes découvertes

• 2013 : IceCube annonce l’observation de neutrinos d’énergie extrême, venus de l’extérieur du système solaire. C’est la naissance de l’astronomie des neutrinos.
• 2017 : un neutrino détecté par IceCube pointe vers un blazar, une galaxie lointaine dont le trou noir central projette un jet de matière vers nous. Des télescopes du monde entier observent au même moment un sursaut de lumière venu de cette source.
• 2022 : la galaxie active NGC 1068 est identifiée comme une source de neutrinos.
• 2023 : IceCube réalise la première « image » de notre propre galaxie, la Voie lactée, en neutrinos.

Pourquoi c’est important ? La lumière peut être absorbée par la poussière, et les particules chargées sont déviées par les champs magnétiques. Le neutrino, lui, voyage en ligne droite depuis sa source, sans être arrêté. Il ouvre une fenêtre inédite sur les phénomènes les plus violents du cosmos : trous noirs, explosions d’étoiles, jets de matière.

Des pistes pour la classe

Deux leçons pour nos élèves

• La science avance sur le temps long : Henri Kagan est récompensé à 95 ans pour un travail publié quarante ans plus tôt ; il s’est écoulé 26 ans entre l’hypothèse du neutrino et sa détection, puis plus de 30 ans entre l’idée de Francis Halzen et son Nobel.
• Les grandes découvertes naissent souvent d’une surprise : une courbe qui n’est pas une droite, une énergie qui semble disparaître… Savoir s’étonner d’un résultat inattendu, au lieu de l’écarter, est au cœur du métier de chercheur.

Retrouvez nos séquences de physique et de chimie, de la seconde à la terminale, dans la rubrique Enseignement.