Des interactions éclairantes

Au Moyen-Âge, les alchimistes rêvaient de fabriquer de l'or à partir de métaux communs. Nous sourions aujourd'hui de ces tentatives, dotés des connaissances des sciences naturelles modernes. Mais la création de nouveaux matériaux précieux est toujours d'actualité. Les personnes qui se consacrent à cette tâche se qualifient aujourd'hui de scientifiques des matériaux.

Antonia Neels est l'une d'entre elles. Cette alchimiste moderne, si l'on peut dire, travaille à l'Empa à Dübendorf. Depuis 2014, elle y dirige le centre d'analyse par rayons X avec dix chercheuses et autant de chercheurs. Le laboratoire utilise les rayons X pour étudier la structure moléculaire des matériaux. "La chimie est la science qui crée de nouveaux matériaux", explique Antonia Neels. "Nos méthodes d'analyse moderne par rayons X, en particulier la cristallographie, y contribuent largement".

Recherche biomédicale sur les matériaux

La science des matériaux a un large spectre d'applications, de la puce électronique à la conquête spatiale. Antonia Neels et son équipe travaillent notamment dans le domaine biomédical. Les scientifiques étudient par exemple des matériaux composés de parties cristallines et amorphes. Les fibres textiles, telles qu'elles sont tissées dans les masques de protection médicaux, sont un exemple de tels matériaux semi-cristallins. Les recherches d'Antonia Neels visent à mieux comprendre de tels tissus. Cela permet d'améliorer la stabilité mécanique et l'efficacité des masques.

Une thèse de doctorat qu'elle a dirigée ces dernières années illustre également l'approche de recherche de Neels. Une jeune scientifique y a étudié comment les nanoparticules de substances actives médicales se comportent dans un environnement biologique (protéines). Les résultats donnent des indications sur l'efficacité des médicaments. La recherche sur les implants et la manière dont ils sont acceptés par le corps des patients revêt également une grande importance médicale.

Utilisation des rayons X

Pour répondre à ces questions scientifiques et à d'autres, la scientifique de l'Empa Neels utilise la cristallographie ou les méthodes d'imagerie par rayons X. Ces méthodes sont apparentées et ont en commun le fait qu'elles utilisent des rayons X dont la longueur d'onde est plus courte que celle des ondes lumineuses. C'est pourquoi elles permettent de visualiser des structures minuscules de l'ordre du nanomètre (milliardième de mètre). En cristallographie, les rayons X frappent des échantillons de matériaux cristallins et produisent des diffractogrammes - des images qui représentent la diffraction des rayons. L'analyse de ces images fournit des informations précieuses sur la structure tridimensionnelle des molécules. La connaissance de ces structures est indispensable pour d'innombrables applications. L'analyse par imagerie radiologique suit une autre approche : Les matériaux non cristallins comme les tissus corporels, mais aussi les polymères, sont caractérisés par tomographie à rayons X, comme on le fait pour les applications médicales.

"Lorsque j'ai commencé à travailler avec ces méthodes il y a 30 ans, cela demandait beaucoup d'efforts et de travail manuel. Grâce aux progrès technologiques réalisés dans le domaine des détecteurs de rayons X, des sources de rayons X et des solutions logicielles, nous avons entre-temps considérablement développé ces méthodes d'examen", explique Antonia Neels, dont le groupe de recherche travaille sur les sites de l'Empa à Dübendorf et à Saint-Gall. "Nous développons des méthodes de rayons X ciblées pour des applications spécifiques dans le domaine biomédical. Pour les nanomatériaux (nanoparticules, tissus corporels) et les matériaux semi-cristallins (polymères), nous avons développé à Saint-Gall une compétence qui nous permet de collaborer de manière passionnante avec des collègues suisses de la science et de l'industrie", explique Neels. Depuis quinze ans, la scientifique transmet son savoir à la nouvelle génération de chercheurs et chercheuses en donnant des cours à l'Université de Fribourg, en tant que professeure titulaire depuis 2018.

De Berlin-Est à Neuchâtel

Antonia Neels fait la navette en train entre ses lieux de travail à Dübendorf, Saint-Gall et Fribourg et son domicile non loin de Neuchâtel, où elle vit avec son mari et ses fils Sébastien et Niklas, aujourd'hui adultes. C'est par hasard que cette Berlinoise de l'Est a trouvé une seconde patrie au bord du lac de Neuchâtel : encouragée par son père, qui travaillait comme chimiste à l'Académie des sciences de la RDA, Antonia Neels a étudié la chimie à Berlin-Est. Après la fin de ses études - le mur de Berlin venait de tomber - son professeur a reçu la visite de collègues de Neuchâtel. Celui-ci lui a parlé d'un poste de doctorante dans le domaine de la cristallographie en Suisse romande. Une offre intéressante, selon Antonia Neels, qui avait appris le français à l'école comme deuxième langue étrangère.

De 1991 à 1995, Antonia Neels a passé son doctorat à l'Université de Neuchâtel. Helen Stoeckli-Evans, qui avait auparavant travaillé comme post-doctorante auprès de la lauréate britannique du prix Nobel Dorothy Hodgkin, cofondatrice de la cristallographie aux rayons X, a été une source d'inspiration à cette époque. Antonia Neels a consacré sa thèse de doctorat à l'analyse structurelle de polymères de coordination aux propriétés magnétiques. Après une année de post-doctorat à la Texas A&M University (1995-96), Antonia Neels est revenue à l'Université de Neuchâtel en tant que maître-assistante (1998-2006) et a mis en place dès 2008 un laboratoire de rayons X au centre de recherche CSEM de Neuchâtel, en collaboration avec un cristallographe passionné, le professeur Alex Dommann. Ils y étudient notamment les défauts et les tensions dans les matériaux semi-conducteurs, qui peuvent nuire à la qualité de fabrication des capteurs de pression et autres produits semi-conducteurs.

Partager l'expérience

Et même si elle a une carrière impressionnante, avec plus de 200 publications scientifiques à ce jour, Antonia Neels se décrit comme une personne très « famille ». "Ma famille compte beaucoup pour moi, c'est avec elle que je fais de la randonnée, du camping et des voyages. Si vous me demandez quel est l'événement le plus important de ma vie, c'est la naissance de mes fils". Les expériences personnelles au sein de sa famille se répercutent sur sa profession. Par exemple lorsqu'Antonia Neels soutient de jeunes chercheuses en tant que mentor. "Lors de ces entretiens, j'aime parler de mes expériences personnelles en matière de famille et de garde d'enfants. J'encourage parfois aussi les femmes à ne pas vouloir tout maîtriser seules, mais aussi à accepter du soutien".

Auteur : Benedikt Vogel

Portrait #6 de Femmes de science dans les disciplines MAP (2021/22)