Alexander Kuhn, le chimiste qui casse les codes

Médaillé d’argent du CNRS en 2023, Alexander Kuhn a marqué la communauté scientifique par ses travaux en électrochimie, qui intéressent des domaines allant de l’industrie pharmaceutique à la robotique. Rencontre avec un chercheur hyper créatif et passionné d’expérimentation.

Derrière son bureau, une ribambelle de prix s’affichent sur le mur et la commode qui leur servent de présentoir. Autant de trophées qui témoignent d’un parcours sans faute. Alexander Kuhn est un peu l’archétype du savant tel qu’on l’imagine, un expert dans son domaine, à la créativité prolifique. « Il fait rapidement le lien entre les choses. C’est un des chimistes les plus créatifs que je connaisse », décrit Laurent Bouffier, son collègue à l’Institut des sciences moléculaires 1  (ISM), à Bordeaux. Et cette singularité lui réussit. « Il y a plusieurs façons de faire de la recherche. Dans 90 % des cas, vous faites de l’implémentation, autrement dit, vous améliorez à la marge ce qui a déjà été fait avant. Mais ses recherches à lui ne suivent pas ce schéma. Les idées qu’il développe sont originales et il aime casser les codes », poursuit Laurent Bouffier.

En l’espace de trente ans de carrière, Alexander Kuhn a en effet marqué la communauté scientifique avec ses découvertes, entre autres, sur les molécules chirales et sur une technique relativement peu connue : l’électrochimie bipolaire.

Entre chimie, physique et biologie

Batteries, cellules photovoltaïques, piles à combustibles... tous ces produits de l’industrie reposent sur des principes basés sur l’électrochimie, une discipline en plein essor qui s’intéresse aux relations entre la chimie et l’électricité et qui permet aussi de produire de l’hydrogène « vert » et des molécules de synthèse à destination de l’industrie pharmaceutique. C’est actuellement sur ce dernier volet que le chercheur concentre ses travaux.

Première avancée, les recherches d’Alexander Kuhn ont porté un nouveau regard sur les façons de produire les médicaments auxquels les molécules chirales servent de principes actifs (une molécule chirale a deux configurations, ou deux énantiomères, qui, comme nos deux mains, sont parfaitement identiques si ce n’est qu’elles sont l’image dans un miroir l’une de l’autre mais non superposables, Ndlr). Leur synthèse conduit normalement à un mélange moitié-moitié des deux énantiomères ayant des effets antagonistes. « Un seul énantiomère sur les deux a une efficacité thérapeutique. L’autre n’en a pas, voire il peut être toxique et même tuer », explique Alexander Kuhn.

Le procédé proposé par le chercheur et son équipe permet de synthétiser de manière sélective le bon énantiomère, sans avoir à trier les mélanges. De quoi bouleverser les procédés classiques des laboratoires pharmaceutiques qui sont obligés de trier ces derniers lors de la confection des mélanges. « Jusqu’à présent, nous étudiions des molécules modèles, mais depuis trois ans nous travaillons sur de vraies molécules d’intérêt pharmacologique, comme par exemple l’adrénaline, et cela marche aussi », se félicite le chimiste. 

Deuxième avancée : le principe d’électrochimie bipolaire, qui illustre ce pas de côté qu’Alexander Kuhn parvient à faire dans son travail. Là où les réactions électrochimiques classiques nécessitent des électrodes directement reliées à une source d’électricité, il a l’idée de placer un objet conducteur entre les électrodes. C’est le champ électrique généré autour de l’objet qui va permettre de déclencher les réactions électrochimiques. Un véritable changement conceptuel qui permet d’envisager des applications inimaginables sans cette astuce, par exemple déformer de la matière molle à distance, comme du plastique, avec un signal électrique - de façon semblable au mouvement que font nos muscles lorsqu’ils répondent au signal nerveux produit par notre cerveau. L’équipe a ainsi par exemple récemment développé un système miniaturisé à base d’un polymère conducteur biocompatible qui, en utilisant du sucre, de l’oxygène et une réaction électromécanique, est capable de changer sa forme de façon autonome et de réaliser un mouvement périodique qui ressemble à celui des battements du coeur.

Un artiste de l’expérimentation

Si ses travaux séduisent les industriels, le chercheur ne raisonne ni en termes d’impact sociétal, ni de résultats, ni de productivité : « J’aime jouer avec les idées et les concepts. Ce qui m’intéresse, c’est de créer. Si vous réfléchissez trop à l’application future, cela restreint l’imaginaire, assure-t-il. Parfois, mes recherches ne donnent rien du tout. Je suis très égoïste, je suis devenu chercheur car ma seule motivation, c’est de m’amuser », plaisante celui qui « a horreur des projets où il faut déjà prédire précisément ce que vous allez obtenir. Au début, le laser était une curiosité de laboratoire. Personne ne s’est dit que cela servirait plus tard pour la chirurgie des yeux, pour lire des CDs ou découper une plaque de métal. La plupart des découvertes ne viennent pas d’un processus top-down, c’est plutôt l’inverse ». 

Alexander Kuhn reconnaît volontiers que ses découvertes lui sont souvent inspirées par la vie quotidienne ou la nature qui nous entoure. C’est en se promenant dans son jardin qu’il a eu l’idée de mettre au point une stratégie de propulsion à partir de la photosynthèse naturelle des plantes. 

À 15 ans, Alexander Kuhn s’aménage un laboratoire dans le sous-sol de la maison familiale, près de Munich. À 16 ans, il reçoit le premier prix au niveau national du concours allemand « Jugend forscht » pour ses travaux sur les polymères qui conduisent de l’électricité.

Pour y parvenir, il a appliqué une microchirurgie au niveau de l’une des nervures d’une feuille d’arbre pour en dégager sa sortie. Plongée dans de l’eau et au contact de la lumière, la feuille dont la structure a été modifiée a commencé à se mouvoir grâce au relargage ciblé d’oxygène produit au moment de la photosynthèse. Contrairement à la majorité des systèmes rapportés jusqu’ici, aucun combustible chimique n’a été nécessaire pour actionner la feuille. Si vous lui demandez pourquoi faire une chose pareille, la réponse d’Alexander Kuhn a de quoi décontenancer : « C’est de l’art pour de l’art », explique-t-il.

Des expériences, Alexander Kuhn en mène depuis son enfance. « J’ai toujours su que je voulais devenir chimiste », assure-t-il. À 15 ans, il s’était aménagé un laboratoire dans le sous-sol de la maison familiale près de Munich, en Allemagne, pour y mener ses expériences sur les matériaux polymères. « J’étais entièrement équipé. J’avais mis tout mon argent de poche là-dedans. J’avais mes ballons, mes colonnes de distillation et j’avais demandé à des entreprises de me fournir des dons de solvants. Je leur expliquais que j’étais un jeune scientifique et je leur envoyais des courriers pour qu’elles financent mes recherches. À ma grande surprise, cela avait très bien marché ». Et pour cause, à 16 ans, il reçoit le premier prix au niveau national du concours allemand « Jugend forscht » pour ses travaux sur les polymères qui conduisent de l’électricité.

L’idéal de l’électrochimiste 

Après des études de chimie à Munich, Alexander Kuhn arrive en France au début des années 1990 pour réaliser sa thèse au Centre de recherche Paul Pascal 2 , près de Bordeaux. Il y fera « pousser » du métal à partir d’une réaction électrochimique, de façon similaire aux branches qui poussent sur un arbre : « l’idée était de comprendre les logiques de croissance des structures en arborescence. Nous voulions savoir si nous pouvions dégager des schémas explicatifs de ces phénomènes », raconte-t-il. 

Il part ensuite aux États-Unis, à l’institut technologique de Californie (Caltech) pour un post-doctorat qu’il décrit comme « le meilleur moment de carrière » : « j’avais la vie idéale d’un scientifique. Je jouissais d’une liberté intellectuelle et financière totale. Je n’avais pas de financements à trouver, pas de tâches administratives, pas de responsabilités lourdes. À présent, mes obligations ne sont plus les mêmes », admet le chimiste. Vingt ans plus tard, les tâches quotidiennes d’Alexander Kuhn se répartissent désormais entre enseigner, faire de la recherche et demander des financements pour ses travaux au sein de l’ISM. Une contrainte pour ce créatif pour qui la recherche est tout sauf de la planification, même si la recherche scientifique tend de plus en plus vers ce modèle.

L’électrochimie, c’est la science du XXIe siècle. Si nous voulons trouver une solution à nos problèmes environnementaux et technologiques, on ne pourra pas s’en passer.

Ce professeur à l’École nationale supérieure de matériaux, d’agroalimentaire et de chimie doit aussi s’attacher à encore et toujours faire rayonner ces travaux. « L’un des défis que nous avons pour assurer la démocratisation de nos procédés dans le futur, c’est celui du scale-up, autrement dit du changement d’échelle. Certaines des idées que nous avons concrétisées fonctionnent à l’échelle du laboratoire, mais pas à celle d’une production industrielle. Il y a des obstacles technologiques à résoudre, comme optimiser la performance des électrodes, leur durée de vie et améliorer le transport des matières en solution », liste-t-il. « Pour moi, l’électrochimie, c’est la science du XXIe siècle. Si nous voulons trouver une solution à nos problèmes environnementaux et technologiques, on ne pourra pas s’en passer », est-il convaincu.

Parfois, Alexander Kuhn se prend aussi à rêver de nouveaux procédés. Un de ses espoirs serait, comme pour tout (électro)chimiste du XXIe siècle qui se respecte, « de transformer le dioxyde de carbone (CO2) en quelque chose d’utile. Si nous parvenons à mettre au point un procédé électrochimique qui nous permet de soutirer ce gaz de l’atmosphère et de le réutiliser, nous ferons d’une pierre deux coups pour lutter contre le réchauffement climatique », s’enthousiasme-t-il. Croire en ses rêves pour les faire devenir une réalité semble être une seconde nature chez Alexander Kuhn. Et cette dynamique n’est visiblement pas près de s’arrêter. ?