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Chimie : dans les glaces de l’espace

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Dans les galaxies, les étoiles et les planètes sont environnées de nuages de gaz et de poussières qui constituent ce qu’on appelle le milieu interstellaire.

On y trouve en abondance des assemblages de molécules sous forme de glaces dites interstellaires dont on soupçonne qu’elles jouent un rôle essentiel dans la formation de la matière.

Si l’Univers inspire toujours écrivains et artistes, il continue également d’être inlassablement exploré par les chercheurs… C’est notamment le cas de Dahbia Talbi, directrice de recherche au CNRS (Laboratoire Univers et particules de Montpellier), et son équipe, qui cherchent à reconstituer l’ensemble des mécanismes en jeu dans la complexification de la matière du milieu interstellaire.

Plus concrètement, il s’agit de comprendre comment les molécules présentes dans les glaces interstellaires diffusent et interagissent entre elles pour se transformer en nouvelles molécules plus complexes. Et la chimie théorique s’avère ici un précieux allié.

Fabriques de molécules

En réalisant des simulations ab-initio et de dynamique moléculaire, en lien avec une équipe d’expérimentateurs du Laboratoire de physique des interactions ioniques et moléculaires à Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université), l’équipe a mis en évidence que les glaces interstellaires pouvaient servir de fabriques de molécules prébiotiques.

Elle a notamment réussi à reproduire la trajectoire de molécules d’ammoniac et de dioxyde de carbone dans ces glaces puis leur réactivité en présence l’une de l’autre et montré que cette interaction conduisait à la formation de carbamate d’ammonium, précurseur de l’acide carbamique, surnommé le plus petit acide aminé connu. « Nos travaux ont confirmé que les molécules d’eau présentes dans les glaces interstellaires sont indispensables à ces processus », explique Dahbia Talbi.

Réalisés sur trois des calculateurs de GENCI - Jade au Cines, Ada à l’Idris et Curie au TGCC - pour un total de près de 214 000 heures en 2014, ces calculs ont aussi permis de déterminer à la fois la juste quantité de molécules d’eau nécessaire pour enclencher les réactions chimiques et la taille minimale du « bloc » de glace à considérer pour les simulation.

Expérimentation et théorie

Étape importante pour la compréhension du fonctionnement de l’Univers, à l’interface de la physico-chimie et de l’astrophysique, « ces résultats sont le fruit d’une collaboration étroite entre expérimentation et théorie : la simulation permet non seulement de valider les résultats expérimentaux mais également d’aller là où l’expérience n’est plus possible, notamment à des températures en dessous de 100° K (-173.15 ° C). A contrario, l’expérimentation est tout aussi nécessaire pour guider nos simulations dans la bonne direction », souligne-t-elle.

Instantané d’une glace d’eau amorphe de 22 angströms (22 dixièmes de milliardième de mètre) contenant une molécule de CO2 (dioxyde de carbone) et une de NH3 (ammoniac).
© LUPM (CNRS/Université de Montpellier)

S’inscrivant notamment dans le cadre de la thèse réalisée par Pierre Ghesquière en astrophysique, et ayant fait l’objet de plusieurs publications dans les journaux de référence du domaine en 2014 et 2015, ces travaux ouvrent bien des perspectives, à la fois méthodologiques et scientifiques. « Avec le savoir-faire que nous avons acquis, notre objectif est de mettre au point une procédure pour étudier ‘en routine’ ces réactions et sur de plus grands systèmes », conclut la chercheure. L’espace n’a pas fini de stimuler notre imagination !

Article repris de : http://genci.fr/fr/chimie-glaces-espace#