Source: The Conversation – in French – By Olivier Fontaine, Professeur de Chimie, et de sciences physiques, Université de Montréal
La triste nouvelle du 16 juillet dernier du décès de Rudolph Arthur Marcus, lauréat du prix Nobel de chimie en 1992, invite à revenir sur son héritage scientifique.
Au-delà de l’équation qui porte son nom, Marcus incarne une époque où l’ambition des chercheurs était de décrire des phénomènes complexes à l’aide de quelques équations élégantes.
Aujourd’hui, le paysage scientifique a profondément évolué. Les modèles d’intelligence artificielle apprennent directement à partir des données, et les prédictions peuvent parfois être obtenues sans qu’une théorie analytique complète ne soit disponible.
La disparition de Marcus soulève alors une question plus large : assiste-t-on à la fin de l’ère des grandes théories analytiques, au seul profit d’études théoriques à base de l’intelligence artificielle ?
Professeur au département de chimie et membre de l’Institut Courtois, de l’Université de Montréal, je mène des recherches sur le stockage de l’énergie dans les batteries au lithium. Mes travaux m’ont naturellement conduit à m’intéresser à la théorie de Marcus et l’intelligence artificielle.
(Caltech Division of Chemistry and Chemical Engineering | Facebook), CC BY
Bibliographie abrégée : la persévérance avant la consécration
Né le 21 juillet 1923 à Montréal, au Canada, Marcus entreprend des études de chimie à l’Université McGill, où il obtient son doctorat en 1946.
En 1978, Marcus rejoint le California Institute of Technology, où il poursuivra le reste de sa carrière. Plus tôt, c’est pourtant le hasard d’une rencontre lors d’un congrès de l’American Chemical Society qui lui avait ouvert les portes de son premier poste universitaire, à l’Institut polytechnique de Brooklyn. Une anecdote qui rappelle qu’avant la reconnaissance se cache souvent une longue succession d’échecs : Marcus avait essuyé près de trente-cinq refus avant d’obtenir ce poste !
En 1992, Marcus reçoit seul le prix Nobel de chimie, alors que cette distinction était déjà le plus souvent partagée entre plusieurs chercheurs. Si cette récompense consacre l’importance exceptionnelle de ses travaux, certains estiment que d’autres pionniers auraient également mérité une telle reconnaissance. Parmi eux figure Revaz Dogonadze, chef de file de l’école soviétique du transfert d’électron.
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Rudolph A. Marcus s’est éteint le 16 juillet 2026, à Pasadena aux États-Unis, en Californie, à l’âge de 102 ans, proche de son 103e anniversaire.
Impact de la théorie de Marcus, de la chimie à la biologie
L’une des plus grandes réussites de la théorie de Marcus est sans doute d’avoir dépassé le cadre de la chimie. Initialement développée pour expliquer les réactions rédox en solution, elle s’est progressivement élargie à d’autres types de transfert d’électrons. Aujourd’hui, elle est utilisée pour comprendre des phénomènes aussi variés que la biologie, la corrosion des métaux, les cellules solaires, les batteries, ou encore les matériaux moléculaires.
Une réaction rédox est une réaction chimique qui correspond au cas précis d’un échange d’électron entre des molécules. La théorie du transfert d’électron de Marcus décrit justement comment un électron saute d’une molécule qui le possède à une autre qui peut le recevoir.
La théorie de Marcus est indispensable à certaines découvertes en biologie. Elle permet de comprendre comment les électrons circulent entre les protéines au cours de la photosynthèse, comment les cellules produisent leur énergie grâce à la respiration cellulaire, mais aussi comment fonctionnent de nombreuses enzymes impliquées dans les réactions rédox.
Par exemple, elle éclaire également les mécanismes moléculaires à l’origine des cycles rédox responsables de la toxicité de nombreux composés chimiques et médicaments.
Au-delà du vivant, l’une des prédictions les plus surprenantes de la théorie de Marcus est l’existence de la région inversée, longtemps considérée comme contre-intuitive. Cette zone inverse est fort utile en physique. La zone inverse de Marcus révèle qu’une réaction chimique possède une vitesse optimale, au-delà, elle peut ralentir malgré que les conditions soient plus favorables.
Cette prédiction paraissait si étonnante que de nombreux chercheurs la jugeaient irréaliste, c’était un peu comme annoncer qu’une résistance électrique pouvait devenir négative.
Ce n’est que plusieurs décennies plus tard que des expériences confirmèrent l’existence de cette région inversée de Marcus
Démonstration grand public de la célèbre équation de l’énergie de réorganisation
Au-delà de la zone inverse, l’une des contributions majeures de Marcus est le concept d’énergie de réorganisation. Faisons une expérience de pensée. Imaginons que nous puissions saisir une charge électrique entre nos doigts, un électron ou un ion, puis la déplacer lentement du vide vers un liquide.
Dans le vide, la charge crée autour d’elle un champ électrique, mais aucun atome, aucune molécule ne se déplace pour l’accueillir, car nous sommes dans le vide.
Dès que la charge pénètre dans le liquide, tout change. Les molécules environnantes ressentent son champ électrique. Elles tournent, se déplacent et s’ordonnent autour d’elle. Mais cette réorganisation n’est pas gratuite : elle demande une énergie de réorganisation.
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C’est précisément cette énergie que Marcus est parvenu à démontrer, en combinant les grandes lois de l’électrostatique avec les principes de la thermodynamique.
À contre-courant de son époque, alors que la révolution de la mécanique quantique transformait déjà la chimie théorique, Marcus choisit d’aborder le transfert d’électron sous un angle essentiellement électrostatique.
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L’élégance analytique à l’ère de l’intelligence artificielle
L’énergie de réorganisation de Marcus est née à une époque où un chercheur disposait essentiellement d’un stylo, de quelques feuilles de papier et d’une remarquable maîtrise des outils mathématiques.
La beauté de cette démarche ne résidait pas seulement dans le résultat final, mais dans le chemin qui y conduisait : une démonstration où chaque ligne découlait naturellement de la précédente, selon la logique implacable du raisonnement scientifique. « Soit A ; alors B. Si B est vrai, alors C. » Une succession d’étapes où les équations racontaient une histoire et révélaient les mécanismes cachés de la nature, qui se finissait par le fameux CQFD (ce qui fallait démontrer).
Le parcours de Marcus illustre une approche de la recherche devenue plus rare. Avant de chercher à publier, il a d’abord cherché à comprendre. Pendant plusieurs années, il s’est immergé dans les mathématiques et l’électrostatique, n’hésitant pas à interrompre ses propres recherches pour acquérir les outils théoriques qui lui manquaient. C’est cette culture scientifique patiemment construite qui lui permettra ensuite de révolutionner la compréhension du transfert d’électron.
Aujourd’hui, le paysage scientifique a profondément changé. L’intelligence artificielle permet souvent de prédire le comportement d’un système sans qu’une démonstration analytique complète soit nécessaire. L’objectif n’est plus toujours de trouver une équation élégante, mais d’exploiter d’immenses volumes de données pour construire des modèles capables de prédire.
Le départ de Marcus marque aussi, symboliquement, la disparition d’une génération de chercheurs pour qui la démonstration analytique constituait le cœur de la découverte scientifique. Une époque où la rigueur du raisonnement suffisait parfois à faire émerger une théorie appelée à transformer durablement notre compréhension du monde.
Marcus nous laisse une démonstration, mais à nous de préserver l’esprit du CQFD.
Olivier Fontaine ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d’une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n’a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.
– ref. Décès de Rudolph Marcus : est-ce la fin des théories analytiques élégantes ? – https://theconversation.com/deces-de-rudolph-marcus-est-ce-la-fin-des-theories-analytiques-elegantes-288251