Les nébuleuses

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Une théorie explique enfin pourquoi dans les nébuleuses interstellaires des réactions chimiques ont lieu même à de très basses températures, contrairement aux lois habituelles de la chimie.

Alors qu'en général une réaction chimique est d'autant plus rapide que la température est élevée, des chercheurs ont découvert que l'inverse pouvait avoir lieu dans les nuages moléculaires interstellaires. Même aux températures extrêmement froides qui y règnent, une dizaine de Kelvin (environ -260 degrés Celsius), des réactions chimiques ont lieu et sont même rapides.

C'est en fait au milieu des années 90 que l'équipe d'astrochimie expérimentale de Ian Sims, à l'université de Rennes 1 associée au CNRS, a découvert cette anomalie thermodynamique. Aujourd'hui ils viennent de comprendre enfin pourquoi, en s'associant avec des théoriciens des laboratoires américains de Sandia et d'Argonne, ainsi qu'avec Ian Smith, professeur honoraire à Cambridge. Leur résultat, publié aujourd’hui dans la revue Science, permet aussi de prédire assez simplement quelles réactions seront rapides ou non dans ces environnements gazeux et très froids à l'origine des étoiles.

Pour passer des molécules initiales aux produits de leurs réactions, il faut généralement casser des liaisons entre molécules, ce qui requiert de l'énergie. Tout se passe comme si le système, à la manière d'un cycliste, grimpe un col pour prendre de l'élan et pouvoir atteindre un nouveau pallier, les produits de la réaction. L'effort de la montée permet une grande récompense à la descente. En général, l'agitation thermique associée aux hautes températures assiste le "cycliste" dans le franchissement de l'obstacle. Or à -260 degrés, il ne faut pas y compter. Comment alors une réaction peut-elle avoir lieu ?

Les chimistes viennent de montrer que dans ce cas, le profil est plus compliqué. Le «cycliste» commence par descendre dans une vallée et a assez d'élan pour passer un col, puis redescendre vers le niveau d'énergie des produits de la réaction ; pas besoin de beaucoup d'énergie. Des expériences et des calculs théoriques confirment cette hypothèse. Par exemple, la réaction de l'oxygène sur un hydrocarbure comme l'éthylène est classique : elle est plus rapide aux hautes températures. Pour les hydrocarbures plus riches en carbone comme le propène et surtout le butène, au contraire, les réactions accélèrent lorsque la température baisse.

Cet excellent accord entre théorie et expérience est doublement utile. D'une part il explique un phénomène mal compris jusqu'à présent. D'autre part, il permet de prédire à l'avance quelles seront les réactions lentes et les réactions rapides dans les nuages cosmiques. Les chercheurs ont en effet identifié les paramètres chimiques assez simples qui permettent d'anticiper le comportement d'une réaction. Les lourds calculs et les expériences délicates conduites sur l'oxygène et les hydrocarbures ne sont plus obligatoires. Comme des centaines de réactions chimiques sont impliquées dans les modèles de formation d'étoiles, ce résultat va faciliter la vie des astrochimistes, notamment pour comprendre l'apparition de molécules complexes dans ces nébuleuses.

source http://tempsreel.nouvelobs.com/actualites/sciences/