Linus Pauling

Biographie

Linus Carl Pauling (28 février 1901 à Portland, Oregon, États-Unis - 19 août 1994 à Big Sur, Californie) était un chimiste et physicien américain. Il fut l'un des premiers chimistes quantiques, et reçut le prix Nobel de chimie en 1954 pour ses travaux décrivant la nature de la liaison chimique. Il publie en 1939 un ouvrage majeur La Nature de la liaison chimique (The Nature of the Chemical Bond) dans lequel il développe le concept d'hybridation des orbitales atomiques. Ses travaux sur les substituts de plasma sanguin (avec Harvey Itano) durant la Seconde Guerre mondiale, ainsi que ses recherches concernant l'anémie falciforme (ou drépanocytose qu'il qualifie du terme révolutionnaire de « maladie moléculaire ») ont grandement influencé la recherche en biologie pour la seconde moitié du XXe siècle. Il découvrira notamment la structure de l'hélice alpha (motif d'enroulement secondaire des protéines) et manquera de peu la découverte de la structure en double hélice de l'acide désoxyribonucléique (ADN). Il proposera en effet une structure en hélice triple, structure dont l'amélioration d'après l'étude de l'ADN par radiocristallographie aurait vraisemblablement pu l'amener à l'élaboration du modèle en double hélice proposé par James Dewey Watson et Francis Crick en 1953. Il est l'un des fondateurs de la médecine orthomoléculaire et a popularisé l'utilisation de la vitamine C. Il décède le 19 août 1994 d'un cancer de la prostate.

Il reçut aussi le prix Nobel de la paix en 1962, pour sa campagne contre les essais nucléaires, devenant ainsi l'une des deux seules personnes à avoir reçu un prix Nobel dans deux catégories différentes (l'autre étant Marie Curie).

Pauling est né à Portland (Oregon) le 28 février 1901. Il est le fils de Herman Henry William Pauling (1876-1910) de Concordia dans le Missouri (originaire d'Allemagne), et de Lucy Isabelle Darling (1881-1926) de Lonerock dans l'Oregon. Son père, un pharmacien sans succès, déplace sa famille dans différentes villes de l'Oregon. Quand il meurt en 1910 d'un ulcère perforé, la mère de Linus se retrouve seule pour l'élever lui et ses deux soeurs, Pauline Pauling (1901-2003) et Frances Lucille Pauling (1904-1992). La famille revient s'installer à Portland.

Dans son enfance, Linus Pauling est un lecteur vorace, au point que son père écrit un jour au journal local pour demander des suggestions de livres pour l'occuper. Un de ses amis, Lloyd Jeffress, possède un petit laboratoire de chimie dans sa chambre, et les petites expériences menées dans ce laboratoire donnent à Pauling l'envie de devenir ingénieur chimiste.

Au lycée, Pauling continue d'effectuer des expériences de chimie en empruntant la plupart des matériaux et de l'équipement à une aciérie abandonnée proche du lieu où son grand-père travaille comme gardien de nuit.

Pauling échoue dans l'obtention de son diplôme en raison de résultats insuffisants en histoire des États-Unis. Son école lui décernera finalement le diplôme 45 ans plus tard, après l'obtention de ses deux prix Nobel.

En 1917, Pauling entre à l'université agricole de l'Oregon à Corvallis (OAC, maintenant université d'État de l'Oregon). Du fait de ses besoins financiers, il doit travailler à plein temps en parallèle de ses études, notamment comme distributeur de lait, projectionniste et même sur un chantier naval. À l'issue de sa deuxième année, il projette de chercher un emploi à Portland pour soutenir sa mère, mais l'université lui propose d'effectuer un enseignement d'analyse quantitative (un cours que lui-même vient de terminer) ce qui lui permet de continuer d'étudier à l'OAC.

Au cours de ses deux dernières années d'études à l'OAC, Pauling prend connaissance des travaux de Gilbert Newton Lewis et Irving Langmuir sur la configuration électronique des atomes et de la manière dont ils se lient pour former des molécules. Il décide alors de concentrer sa carrière de chercheur sur la compréhension du rapport entre la structure des atomes constituant la matière et ses propriétés physiques et chimiques, ce qui le conduira par la suite à devenir l'un des pionniers d'une nouvelle discipline, la chimie quantique. À l'OAC, il a l'occasion d'effectuer ses premières recherches en travaillant sur l'effet d'un champ magnétique sur l'orientation de cristaux de fer.

En 1922, Pauling reçoit son Bachelor of Science de l'OAC en génie des procédés et il poursuit ses études par un doctorat au California Institute of Technology (le Caltech) à Pasadena. Ses travaux de recherche concernent l'utilisation de la diffraction des rayons X pour la détermination de la structure des cristaux. Au cours de ses trois années au Caltech, il publie sept publications sur la structure cristalline de minéraux, la première d'entre elle, publiée dans Journal of the American Chemical Society concernant la structure de la molybdénite MoS2. Il reçoit son Ph.D. de chimie en 1925 summa cum laude.

Le 17 juin 1923, Pauling épouse Ava Helen Miller (1903-1981), qu'il a rencontrée lors de sa dernière année à l'OAC, et avec qui il aura trois fils et une fille.

À la suite de son Ph.D., Pauling obtient une bourse de la Fondation Guggenheim qui lui permet de voyager en Europe, où il travaille sous la direction d'Arnold Sommerfeld à Munich, rencontre brièvement Niels Bohr à Copenhague, mais échoue à rencontrer Erwin Schrödinger à Zurich, tous trois faisant partie des fondateurs et pionniers de la mécanique quantique que Pauling a eu l'occasion de découvrir au cours de ses études à l'OAC. Il a également l'occasion d'observer l'une des premières études de la liaison de la molécule d'hydrogène par la mécanique quantique, effectuée par Walter Heitler et Fritz London. Pauling consacre ses deux années en Europe à ces travaux et décide d'en faire le sujet principal de ses futures recherches. En 1927, il rentre aux États-Unis et obtient un poste de professeur assistant de chimie théorique au California Institute of Technology.

Pauling xommence sa carrière au Caltech par cinq années très productives, en appliquant la mécanique quantique à l'étude d'atomes et de molécules, tout en poursuivant ses études de cristaux par diffraction des rayons X. En cinq ans, il produit environ cinquante publications. En 1929, il est nommé professeur associé, puis il obtient le titre de professeur en 1930.

Durant l'été 1930, Pauling effectue un nouveau voyage en Europe, au cours duquel il travaille notamment dans l'institut d'Arnold Sommerfeld, et durant lequel il apprend la possibilité d'utiliser les électrons pour les études de diffraction, de la même manière qu'étaient utilisés jusque là les rayons X. À son retour, il construit un appareillage de diffraction des électrons, aidé par l'un de ses étudiants, L. O. Brockway, et l'utilise pour étudier la structure moléculaire d'un grand nombre de substances chimiques. En 1931, l'American Chemical Society lui décerne le prix Langmuir des travaux scientifiques les plus marquants effectués par un chercheur de moins de 30 ans.

En 1932, Pauling introduit la notion d'électronégativité. En utilisant plusieurs propriétés des molécules, notamment leur moment dipolaire et l'énergie nécessaire pour rompre des liaisons, il établit une échelle d'électronégativité (connue maintenant sous le nom d'échelle d'électronégativité de Pauling, utile pour la prédiction de la nature des liaisons chimiques) et associe une valeur d'électronégativité à la plupart des éléments chimiques. Cette même année, Pauling publie ce qu'il considère comme sa publication la plus importante, dans laquelle il développe pour la première fois le concept d'hybridation des orbitales atomiques et effectue une analyse du caractère tétravalent de l'atome de carbone. Il présente notamment ces résultats dans un congrès au cours duquel il rencontre Albert Einstein.

Au Caltech, Pauling se lie d'amitié avec Robert Oppenheimer, qui travaille à Berkeley mais vient régulièrement à Pasadena effectuer des recherches et des enseignements. Les deux hommes projettent de faire équipe pour l'étude de la nature de la liaison chimique : Oppenheimer effectuerait les calculs mathématiques et Pauling interpréterait les résultats. Cependant cette relation prend fin lorsque Pauling commence à soupçonner Oppenheimer d'être trop proche de sa femme Ava Helen. Un jour que Pauling travaille, Oppenheimer se rend au foyer du couple et laisse échapper une invitation à Ava Helen pour un rendez-vous au Mexique. Celle-ci refuse mais rapporte l'incident à son mari. Cette invitation liée à la nonchalance d'Ava Helen au sujet de l'incident inquiète Pauling et il rompt sur-le-champ ses relations avec Oppenheimer, créant alors entre eux un froid qui durera jusqu'à la fin de leurs vies, et ce bien qu'Oppenheimer lui proposera par la suite de prendre la tête du département chimie du projet Manhattan (ce que Pauling refusera se présentant comme pacifiste).

Au milieu des années 1930, Pauling décide de s'intéresser à un nouveau domaine scientifique. Au début de sa carrière, il avait mentionné un manque d'intérêt pour l'étude des molécules biologiques. Mais le Caltech développant des compétences solides en biologie, Pauling a l'occasion d'y côtoyer des biologistes de renom comme Thomas Hunt Morgan, Theodosius Dobzhansky, Calvin Bridges ou Alfred Sturtevant et commence à s'intéresser à l'étude des molécules biologiques, notamment grâce à une bourse de la fondation Rockefeller. Ses premiers travaux dans le domaine concernent la structure de l'hémoglobine. Il parvient à montrer que cette structure change lorsque la molécule capte ou perd une molécule de dioxygène. À la suite de ce résultat, il décide d'étudier de manière plus précise la structure des protéines en utilisant la diffraction des rayons X. Cependant, la structure des protéines s'avère beaucoup plus difficile à déterminer par cette technique que celle des minéraux cristallisés auxquels il s'est intéressé précédemment. Dans les années 1930, les meilleurs clichés de rayons X de protéines ont été effectués par le cristallographe britannique William Astbury, mais lorsque Pauling essaie d'interpréter ses observations à l'aide de la mécanique quantique en 1937, il n'y parvient pas.

Il faut onze ans à Pauling pour comprendre l'origine du problème. Son analyse mathématique est correcte, mais les clichés d'Astbury ont été pris d'une manière telle que les protéines sont inclinées par rapport aux positions attendues. Pauling formule un modèle pour la structure de l'hémoglobine dans lequel les atomes étaient positionnés en hélice et avait appliqué ce concept de manière correcte aux protéines.

En 1951, sur la base de la structure des acides aminés et des peptides et de la planéité de la liaison peptidique, Pauling et ses collègues proposent l'hélice alpha et le feuillet bêta comme motifs structuraux principaux de la structure secondaire des protéines. Ce résultat illustre la capacité de Pauling à penser de manière non conventionnelle : à la base de la structure se trouve l'idée selon laquelle un tour de l'hélice peut correspondre à un nombre d'acides aminés non entier.

Pauling propose alors une structure hélicoïdale pour l'ADN, mais il fait quelques erreurs dans la description de cette structure. William Lawrence Bragg avait été déçu que Pauling gagne la course pour la découverte de l'hélice alpha : son équipe avait fait une erreur fondamentale en construisant un modèle des protéines sans prendre en compte la planéité de la liaison peptidique. Lorsqu'il apprend au Laboratoire Cavendish que Pauling travaille sur des modèles moléculaires de la structure de l'ADN, il autorise Watson et Crick à proposer un modèle moléculaire en utilisant des travaux non publiés de Maurice Wilkins et Rosalind Elsie Franklin du King's College of London. En 1953, James Dewey Watson et Francis Crick proposent une structure correcte pour la double hélice d'ADN, ce qui leur vaudra le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1962. L'un des obstacles auxquels Pauling a dû faire face au cours de son travail est l'impossibilité de consulter les clichés de diffraction de l'ADN de bonne qualité pris par Rosalind Elsie Franklin auxquels Watson et Crick ont eu accès. Il a bien projeté de se rendre à un congrès en Angleterre durant lequel il aurait pu les voir, mais il n'a pas pu le faire, son passeport lui ayant été refusé par le département d'État américain pour des suspicions de sympathies communistes. Cette période marque le début du maccarthisme aux États-Unis.

Durant cette période, Pauling étudie également les réactions enzymatiques. Il est parmi les premiers à montrer que les enzymes agissent en stabilisant les états de transitions au cours des réactions, un comportement à la base de leur mécanisme d'action. Il est également parmi les premiers à proposer que la liaison entre les anticorps et les antigènes pourrait être due à des structures complémentaires. Dans le même ordre d'idée, il cosigne une publication avec le biologiste Max Delbrück qui suggère que la réplication de l'ADN trouve sa source dans des complémentarités structurales plutôt que dans des similarités, comme le proposent certains chercheurs. Le modèle de Watson et Crick viendra corroborer cette proposition. Par ailleurs, il contribue avec d'autres chercheurs à la fabrication d'anticorps artificiels et à celle d'un substitut de plasma sanguin.

Un positionnement moins connu et moins glorieux de Linus Pauling concerne les personnes hétérozygotes pour le gêne de la drépanocytose (porteur sain de la maladie) ; Linus en effet, écrit, en 1969, un article dans une revue de droit les propos suivants : "je suggère qu'on appose un symbole tatoué sur le front de chaque jeune personne porteuse du gène...celui chez qui on l'a trouvé en simple dose...Si cela était fait, deux jeunes gens portant le même gène, réellement délétère, seraient informés de la situation au premier coup d'oeil et se retiendraient de tomber amoureux l'un de l'autre...La législation dans le domaine, le dépistage avant le mariage et quelque forme de marque publique ou semi-publique de ce caractère, doivent être adoptés"

Tombe

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