La science populaire. Faisons de la chimie? Partie 1

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Pour ceux qui s’intéressent à la science, en particulier la chimie, le nom d’Artyom Oganov est bien connu. Et ceux qui commencent tout juste à s’intéresser à ce domaine seront curieux de découvrir un chimiste russe de renommée mondiale. Le célèbre cristallographe, enseignant, professeur de  l'Académie des sciences de Russie et membre du prestige de l’Académie européenne est surtout connu pour créer des méthodes uniques de conception informatique de nouveaux matériaux et de prédictions de structures cristallines, études de l’état des substances à haute pression. Le programme informatique USPEX, développé sous sa direction, est utilisé par des milliers de chercheurs dans le monde entier. Des dizaines de ses prédictions se sont déjà avérées expérimentalement et ont considérablement influencé les connaissances fondamentales en science des matériaux, en physique, en chimie et en sciences de la Terre.

Nous parlons au scientifique renommé de quoi une carrière réussie peut commencer, comment la science se fait, quelles qualités un scientifique doit avoir pour réussir, et bien d’autres choses. Nous espérons que ces discussions intéressantes et honnêtes sur différents aspects de la science renforceront quelqu’un dans une tentative de consacrer sa vie à la recherche en Russie.

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Bref sur la biographie

Après avoir terminé avec succès la faculté de Géologie de l'Université d'Etat de Moscou dans la spécialité «Cristallographie et Cristallochimie» à 23 ans, Artyom Oganov est parti à l'ouestpour étudier. Il a soutenu sa thèse de doctorat (PhD) au Collège de l'Université de Londres, puis il a obtenu un doctorat à l'Institut Polytechnique de Zurich (docteur en sciences physiques et Mathématiques en Russie). En 2008, il devient professeur associé et, en 2010, professeur à l'Université Stonebrook de New York.

En 2013 le scientifique a remporté 2 mégagrantes – en Russie et en Chine, en 2014 il a déménagé en Russie, devenant professeur à l'Institut des Sciences et de la Technologie Skolkovo. À partir de 2020, il est également professeur à l’Université Nationale de Recherche et de Technologie «MISiS» et à partir de 2021 -  chef du laboratoire de Cristallochimie de l’Institut de géochimie et de chimie analytique de l'Académie des sciences de Russie.

Parmi de nombreux prix et reconnaissances d'Artyom Oganov est le prix de l'Amitié du Gouvernement chinois. En 2015, il est élu Professeur à l'Académie des sciences de Russie, à partir de 2017 – membre de l'Académie européenne, en 2020 – élu membre à part entière (Fellow) de la Société Royale de chimieet de la Société américaine de physique. Il a élevé 16 candidats et 1 doctorat des sciences.

Oganov est devenu le plus jeune lauréat du prix international "Consentement", qui est décerné par l'Organisation Publique Russe "Union des arméniens de Russie" avec le soutien du Gouvernement russe

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Un grand rêve

– J’ai rêvé d’être scientifique depuis que j’ai 4 ans. J’ai été fasciné par un livre scientifique populaire qui se trouvait dans ma bibliothèque. Mon frère et moi, nous avons appris à liretrès tôt, nous avons aimé tourner les pages, les lire et regarder. Nous avions toutes sortes de livres. Notre mère nous a amenés à beaucoup de choses - poésie, peinture, histoire et science - pour voir où nous allons,quelles sont nos tendances pour nous aider à réaliser nos rêves. Le livre de chimie m’a fasciné non seulement par les images, mais aussi par un texte parfaitement écrit. Il a décrit les éléments chimiques, comment ils se rencontrent dans la nature, comment ils se manifestent, quelles propriétés ils possèdent.

C’est ainsi que j’ai commencé à m’interesser à la chimie quand j’étais très jeune, et que j’ai passé toute ma vie en me considérant comme scientifique. Bientôt, j’ai déjà lu le magazine «Chimie et vie» et d’autres livres, et en 6-8 ans, je suis allé à des conférences sur la chimie au Musée Polytechnique et àl’Institut Mendeleïev.

Je pense que c’est la façon la plus appropriée et la plus universelle de faire entrer un enfant dans le monde de l’apprentissage. Pour l’éclairer, pour qu’il soit intéressant de lire des livres, d’aller à des conférences, pour qu’il soit intéressant de vivre.

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Prédiction: magie ou science?

– La prédiction est l’une des fonctions de la science. La science doit généraliser, expliquer et prévoir. Donc toute discipline scientifique avancée a un appareil prédictif.

En cristallographie, un tel appareil prédictif n’a pas été développé récemment. On croyait que la prédiction des structures cristallines était impossible et que le problème n’était pas réglable.

En même temps, si la structure est connue, il a longtemps été possible de calculer une liste énorme de propriétés en utilisant méthodes mécaniques quantiques complexes. Mais, je répète encore une fois, cela ne peut être fait que si vous connaissez la structure. Cependant, la prédiction de la structure elle-même a été considérée comme fondamentalement impossible.

Si on parle de la Russie, les sciences informatiques jusqu’à récemment ont beaucoup souffert d’unmanque de superordinateurs. La raison en est compréhensible - l’amendement Jackson-Vanik à la législation américaine qui interdit depuis de nombreuses années la vente de superordinateurs à l’URSS, puis à la Russie. À la fin de l’Union soviétique et au début de l’histoire de la Russie post-soviétique, il y avait une grave pénurie de ressources en superordinateurs chez les scientifiques russes. Un peu plus tard l’amendement a été abrogé et de nombreux problèmes ont disparu. Au cours des 10-15 dernières années, toute une gamme de scientifiques ont émergé en Russie et ils travaillent pour le moment à l’échelle internationale dans ce domaine.

Mais je vais revenir là où j’ai commencé. Si la prédiction des propriétés sur une structure donnée est généralement bien développée pour la plupart des propriétés, alors la prédiction de la structure a été considérée impossible.

Mais j’ai montré que la structure peut aussi être prédite quand avec mon élève en 2005 j’ai développé et en 2006j’ai publié une méthode pour résoudre ce problème. Maintenant nous pouvons prédire une structure par une composition donnée. Vous définissez une formule chimique - et mon programme vous dit la structure, en l’utilisant vous pouvez calculer une énorme liste de propriétés. N’ayant pas une substance dans votre main, vous pouvez la caractériser.

Ensuite, j’ai développé cette méthode plus loin. Et vous n’avez pas à demander la formule chimique - il vous suffit de dire quels éléments et dans quelles conditions (pression, température) vous intéressent.Dans ces conditions, le programme trouvera toutes les connexions stables de ces éléments. On peut dire que les méthodes de prédiction de la structure cristalline que j’ai développées ont porté la cristallographie théorique et la conception matérielle à un niveau vraiment prédictif, qualitativement nouveau.

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À quoi cela sert?

– Même dans des conditions ordinaires, tous les composés ne sont pas connus - les scientifiques découvrent constamment de nouveaux composés. Il est extrêmement coûteux de passer par toutes les combinaisons possibles de tous les éléments et de trouver tous les composés stables expérimentalement. Et passer en revue tous ces composés, pour trouver les meilleurs matériaux pour différents buts - par exemple, le matériau le plus dur, le plus fort ou le plus magnétique, le meilleur matériau pour la technologie laser et d’autres - est à peine solvable du tout.

A l’aide d’un ordinateur nous pouvons prédire une connexion avec les meilleures propriétés (parmi toutes les connexions connues et inconnues) pour un but spécifique. Par exemple, qu’est-ce qui est le plus solide de tous les matériaux ouverts et pas encore ouverts? Nous pouvons poser une telle question à l’ordinateur et il vous dira que rien n’est plus fort que le diamant. Du moins, parmi les substances cristallines. Mais au-delà du diamant, il prédira de nombreux autres composés qui seront également très durs, y compris ceux que les humains n’ont pas encore créés. L’ordinateur les prédit, puis la personne se rend au laboratoire et les synthétise.

Donc la première chose dont il s’agit, c’est de fabriquer de nouveaux matériaux avec des propriétés record. Parce que passer par tout expérimentalement, faire un travail de synthèse intensif en main-d’œuvre, puis mesurer les propriétés est très coûteux.

Deuxièmement, nous pouvons étudier une substance dans des conditions où des expériences sont sur le point d’être possibles. Par exemple, les expériences à haute pression sont très difficiles. Et il y a beaucoup de nouveaux phénomènes chimiques qui ne sont pas entièrement compris, et il est très important de comprendre, parce qu’une grande partie de la substance de notre planète et d’autres planètes est à haute pression. Nous ne comprendrons jamais ce qui se passe sur notre Terre, comment elle évolue, comment elle est organisée, quels processus se déroulent dans notre Terre jusqu’à ce que nous comprenions les propriétés et le comportement des substances à haute pression et températures typiques de notre planète.

De plus, il existe d’autres situations difficiles dans lesquelles l’expérience est actuellement difficile à mener. Et la théorie pourrait expliquer beaucoup de choses, les clarifier et prédire. Par exemple, la structure et les propriétés des nanoparticules, les surfaces des cristaux et les limites entre les grains. Il est extrêmement difficile de faire une expérience ici. L’expérience ne fournit pas toujours des informations complètes - et nos méthodes permettent une description assez complète d’un tel état d’une substance.

10.09.2021

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