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-  01/03  Les LabOrigins sont des spectacles scientifiques uniques. Chaque performance réunit artistes et chercheurs qui, en conjuguant leurs talents, nous font voyager dans des univers trop souvent réputés inaccessibles. La jubilation et les émotions participent de cette fête de l’esprit donnant ainsi l’occasion à chacun de plonger dans son propre imaginaire, de découvrir la fabuleuse histoire de nos origines et d’inventer le monde de demain. Exemples de Thématiques : Origines de l'énergieOrigines de l'hommeOrigines de l'infini  -  Origines de l'Univers  -  Origines de la conscience  -  Origines de la pensée  -  Origines de la terre  -  Origines de la vie  -  Origines de la vie sous-marine  -  Origines du climat  -  Origines du langage =>  « Le mouvement de ceux qui dansent au rythme de l'espace-temps » Dimanche 26 mars - 17:00  -  Théâtre de la Reine Blanche 2bis, passage Ruelle - 75018 - Paris
12/04  -  Colloque international sur les origines. Commencement, genèse et création dans l’art des XVe et XVIe siècles. Dans l’histoire de la pensée occidentale, il n’est sans doute aucune autre grande question qui ait autant fasciné et suscité d’infinies spéculations que celle des origines, origines des choses, des individus et plus encore du monde. L’idée qu’il serait possible de révéler et de mettre en lumière par les voies du savoir ce qu’il advint au commencement et de reconstituer la chaîne ininterrompue des événements reliant le présent à un passé immémorial s’illustre par une remarquable constance qui tend à faire de la question des origines ce que l’anthropologie, après Claude Lévi-Strauss, nomme un « invariant structurel ».

-  21/11  - «  Poussières cosmiques : voici comment est née la matière du monde.  Après le benzène, le fullerène, une troisième molécule cyclique a enfin été trouvée dans l'espace, dans la constellation du Taureau. Une découverte cruciale car cette molécule - le benzonitrile - pourrait être le chaînon manquant entre les gaz à l'origine de l'Univers et les poussières cosmiques ayant donné la matière qui structure le monde.

. Car la découverte du benzonitrile au cœur d'un nuage moléculaire montre que, même dans le froid, loin de toute source de lumière, les atomes de carbone peuvent réagir et s'assembler en molécules organiques.

C’est une petite molécule de 7 carbones. Six  d’entre eux forment un anneau enrobé d’hydrogène, sur lequel se pique un septième,  lui-même lié à un atome d’azote : le benzonitrile. Dans les laboratoires de chimie, cette  molécule constitue un solvant bien pratique, à  l’odeur d’amande… Mais aujourd’hui, elle fait  parler d’elle dans un tout autre domaine : l’astrophysique. Car c’est à 400 années-lumière  de la Terre, dans la constellation du Taureau,  qu’un spécimen de cette molécule vient d’être  découvert. Au cœur d’un nuage moléculaire   simplement appelé Cloud 1, grâce au télescope radio de 100 m de l'observatoire de Greenbank, aux États-Unis. "Nous avions ciblé 12 molécules, précise Brett McGuire, astrophysicien à l'université Harvard, qui a mené l'étude. Nous en avons découvert une : le benzonitrile. Mais c'est déjà énorme !" Et pour cause : il s'agit seulement de la troisième molécule organique cyclique identifiée dans l'espace, après le benzène et le très emblématique fullerène en 2010, ce ballon de foot nanométrique de 60 atomes de carbone ».

(https://www.science-et-vie.com/ciel-et-espace/poussieres-cosmiques-voici-comment-est-nee-la-matiere-du-monde-46453)

 

Les étapes de la naissance de la matière

1 L'atome de carbone : Au début, il y a l'atome de carbone : synthétisé par fusion nucléaire au cœur des étoiles, il ne représente que 0,5 % de la masse de l'Univers. Mais il est l'atome qui forme la plus grande diversité de molécules. Taille : 0,14 nm

2 Le benzonitrile : Dans les nuages moléculaires et autour des étoiles, les atomes de carbone s'associent par 6, en un cycle nommé benzène. Ils forment alors une molécule très stable, qui s'associer pour former des molécules plus grosses. Taille : 0,6 nm

3 Les hydrocarbures aromatiques polycycliques : Les cycles benzéniques s'agrègent, réagissent jusqu'à former de grosses molécules. 10 % à 20 % du carbone de l'Univers a formé cet intermédiaire entre la molécule et le grain. Taille : de 0,8 à 10 nm

4 Le fullerène : Parfois, ces cycles engendrent une molécule qui lie 60 atomes de carbone dans une sphère : le fullerène. Très stable et de structure 3D, il se comporte comme un grain de poussière : il forme notamment des agrégats. Taille : 1 nm

5 Les poussières cosmiques : Hydrocarbures aromatiques polycycliques et fullerènes s'assemblent, s'agrègent, jusqu'à former des petits grains : des poussières, qui s'assemblent à leur tour pour donner naissance aux astéroïdes, aux planètes et à toute la matière tangible de l'Univers. Taille : de 50 nm à 10 µm

-  Ce qui fait du benzonitrile une sorte de chaînon manquant : une nouvelle molécule clé pour raconter l'histoire de la naissance de la matière, depuis les atomes forgés dans le cœur nucléaire des étoiles jusqu'à notre Terre et tous les êtres vivants qui y habitent. Car à l'origine, tout n'était que poussière… C'est à cette échelle que le monde, fondamentalement, s'est structuré : celui des plus grosses molécules carbonées, ou des plus petites poussières. Avant la première poussière, tout n'était que gazeux, informe, évanescent. Avec la poussière se constitue le solide, la forme, la présence matérielle.

MAJORITAIREMENT DU CARBONE

C'est cette genèse que sont en train d'écrire les défricheurs de ce nouveau champ qu'est l'astrochimie. Ils commencent à comprendre comment, atome par atome, cette matière s'est formée, quelles réactions ont mené de la molécule isolée à la roche, comment on est passé de la chimie des gaz à la physique du solide.

"On entre enfin dans les détails du passage de la molécule au grain", s'enthousiasme Christine Joblin, à l'Institut de recherche en astrophysique et planétologie, à Toulouse.

On sait depuis les années 1930 que l'espace interstellaire est loin d'être vide de matière… au contraire. Il y a des poussières partout ! Autour des restes d'étoiles mortes, dans les pouponnières de jeunes astres, et même au beau milieu de l'espace interstellaire. "On s'en est rendu compte en observant tout simplement que la lumière devenait de plus en plus rouge, comme lors d'un coucher de soleil, raconte Louis Le Sergeant d'Hendecourt, astrophysicien à Aix-Marseille Université. Et l'effet a été attribué à des grains." Des grains de poussière, de 0,05 à 1 µm, qui diffusent la lumière des étoiles, exactement comme notre atmosphère avec le soleil couchant. "Et puis c'est resté en l'état pendant longtemps, poursuit le chercheur. La diffusion ne donnant pas accès à la composition chimique de ces grains."

-  Peu à peu, les astrophysiciens sont tout de même parvenus à énumérer quelques caractéristiques : il ne peut s'agir de glace, sinon elle s'évaporerait. Ni de silicate, sinon elle serait transparente… Ces poussières doivent être majoritairement faites de carbone.

Mais c'est en 1984 que le rêve commence à prendre forme : les astrophysiciens - en particulier Alain Léger et Jean-Loup Puget - s'aperçoivent que partout où l'on regarde avec un télescope infrarouge, on tombe sur d'étranges signatures en émission : des pics dans le spectre de la lumière qui ne peuvent être formés que par de très grosses molécules constituées d'un grand nombre d'atomes de carbone, organisées en cycles : des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP).

-  Or, ces composés, on les trouve partout sur Terre : ils sont le produit de la plupart des combustions, en particulier dans les moteurs. Il s'agit de structures stables, qui peuvent donc grossir jusqu'à contenir des dizaines et des dizaines d'atomes. "Les spectres montraient qu'il devait y en avoir partout dans l'espace !" se rappelle Louis Le Sergeant d'Hendecourt.

Aidés de spectrographes infrarouges de plus en plus sophistiqués, les astrophysiciens se lancent alors dans un gigantesque puzzle : attribuer ces bandes spectrales à des molécules particulières. Molécule à 24 carbones, à 72, à 84, à 128… Et chacune a des dizaines de géométries possibles.

-  Et une certitude s'établit : on trouve des HAP partout dans l'Univers ; 10 à 20 % du carbone du cosmos est sous cette forme. Surtout, ces grosses molécules s'imposent comme la charnière de la matière carbonée : "Les HAP sont intermédiaires entre le grain et la molécule. Elles sont de taille nanométrique et relativement simples chimiquement… Elles peuvent être considérées comme les plus petites des poussières, ce sont des molécules de physiciens ! " détaille Christine Joblin. Une molécule cousine de cette famille, le fullerène, se comporte elle aussi quasiment comme un grain. Voilà donc un maillon important de la chaîne : les HAP et le fullerène sont des poussières élémentaires.

UN MILIEU POURTANT TRÈS DILUÉ

Reste à raconter le début de l'histoire : comment de simples atomes de carbone nés au cœur des étoiles s'assemblent pour former ces HAP… Car le milieu interstellaire est hostile. La matière y est si diluée que, statistiquement, une molécule ne rencontre une voisine qu'une fois par an. Et puis, toutes les réactions chimiques ne sont pas possibles sans apport d'énergie.

C'est là qu'intervient le benzonitrile. Car sa découverte au cœur d'un nuage moléculaire montre que, même dans le froid, loin de toute source de lumière, les atomes de carbone peuvent réagir et s'assembler en molécules organiques. De là pourraient se former des HAP qui finiraient par s'organiser en poussières.

Sauf que Brett McGuire et ses collègues ont comparé l'abondance de benzonitrile détecté avec des modèles chimiques. Et ça ne marche pas si bien ! Car il manque du benzonitrile. Leur modèle, basé sur des réactions en laboratoire, en produit 4 fois moins qu'ils n'en observent dans l'espace. Il doit donc y avoir un mécanisme supplémentaire. "Nous pensons à des réactions en phase solide, à la surface de grains de poussière déjà constitués", imagine le chercheur. La surface des poussières pourrait faire office de réacteur… un tel mécanisme est très important pour former du dihydrogène, la molécule la plus abondante dans l'Univers.

Un processus inverse a aussi été observé : Christine Joblin et son équipe ont ainsi repéré, en 2007, dans la nébuleuse 7023, les signes de la destruction de petits grains de poussière de 1 à 10 nm en HAP, probablement sous l'effet du rayonnement UV. "Ce que l'on voit dans ce cas, c'est que les grains sont détruits plus rapidement qu'ils ne se recomposent, et peuvent former des HAP", détaille-t-elle. Qui plus est, plusieurs équipes ont montré que le fullerène, lui aussi, pourrait être formé par la désintégration de grands HAP. Sans compter que la nature pourrait avoir choisi d'utiliser tous ces processus simultanément. "C'est possible, oui, admet Christine Joblin. Tout notre travail maintenant est de trouver quelles conditions amènent à la prédominance d'un processus ou d'un autre."

Tout serait donc une question d'endroit dans les cimetières stellaires encore tièdes, dans les nébuleuses chauffées par les étoiles naissantes ou dans les nuages moléculaires froids, les astrochimistes sont en train de recenser tous les processus chimiques. Du carbone isolé au benzène ; du benzène aux HAP ; des HAP aux poussières. "Reste à faire le tri dans ce grand bazar chimique", résume en souriant Christine Joblin.

L'enjeu est de taille. Car les poussières, cet état initial de la matière, sont au cœur de bien des processus astrophysiques, de la naissance des étoiles à la formation des planètes (voir ci-dessus). Sans compter la question de l'origine de la matière organique qui, sur Terre, a donné la vie. Inévitablement, c'est la formule d'Hubert Reeves qui vient alors à l'esprit : ne sommes-nous pas des "poussières d'étoiles" ? C'est donc bien notre propre histoire que les astrochimistes sont en train de percer à jour.

=  Jargon : La frontière est floue entre poussière et molécule. Une poussière est un assemblage d'atomes en 3 dimensions dont on peut délimiter une surface, qui interagit avec ses voisins via des échanges d'électrons. Une molécule est un assemblage d'atomes plus petit, qui interagit via des liaisons chimiques.  -  Le rôle crucial des poussières cosmiques : Elles voilent le rayonnement de fond de l'Univers. Les images de l'Univers à grande échelle, en particulier son rayonnement primordial, sont brouillées par les poussières. Comprendre leur structure permettrait de lever ce voile.       

Elles contrôlent la formation des planètes. Dans un disque tourbillonnant autour des jeunes étoiles, des poussières s'agglomèrent jusqu'à former des planètes. Reste à modéliser la chimie de ces grains. les gouvernent la naissance des étoiles

Dans des nuages poussiéreux, des grumeaux de matière s'effondrent sur eux-mêmes, donnant naissance à des étoiles. Quant au rôle des poussières… »

Un article issu du n°1215 de Science & Vie, à retrouver page 88, avec des photos.  (https://www.science-et-vie.com/ciel-et-espace/poussieres-cosmiques-voici-comment-est-nee-la-matiere-du-monde-46453)



 

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