CNRS : Centre National de la Recherche Scientifique
Liens utiles CNRSLe CNRSAnnuairesMots-Clefs du CNRSAutres sites
Accueil Département scientifique homme et société : Centre National de la reherche scientifiqueAccueil Département scientifique homme et société : Centre National de la reherche scientifique
  Accueil > Espace communication > En direct des laboratoires >Nuages interstellaires

En direct des laboratoires de l'institut de Chimie

 

Dans les nuages interstellaires, N et OH réagissent moins vite que prévu

 

Les astrophysiciens pensaient jusqu’à maintenant que la réaction N + OH → NO + H, suivie par la réaction N + NO → N2 + O jouait un rôle très important dans le mécanisme de formation de l’azote moléculaire (N2) dans les nuages interstellaires denses, car des expériences semblaient montrer que cette réaction devenait très rapide aux très basses températures qui règnent dans ces nuages. Des chercheurs de l’Institut des Sciences Moléculaires (CNRS / Université de Bordeaux) viennent de montrer,en collaboration avec des théoriciens du Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (CNRS / Université de Bourgogne) et des collègues américains et chinois, que cette réaction est beaucoup moins rapide que prévu, et que les vitesses de réaction utilisées jusqu’à maintenant dans les modèles astrochimiques sont donc incorrectes. Ces résultats font l’objet d’une publication dans la revue Science.

 

Le monoxyde d’azote NO est un polluant important dans l’atmosphère de la Terre. On le retrouve également dans les nuages interstellaires denses, précurseurs de la formation des étoiles. La température qui règne dans ces nuages est extrêmement basse, pouvant atteindre -265 °C, proche du zéro absolu. Les astrophysiciens pensaient que la réaction N + OH → NO + H, suivie par la réaction N + NO → N2 + O jouait un rôle très important dans le mécanisme de formation de l’azote moléculaire (N2) dans ces nuages interstellaires denses. Mettre en évidence l’origine de la présence d’azote moléculaire dans ces nuages est essentiel car cela permettra de mieux comprendre comment se forment les étoiles et planètes à partir de ces nuages. 

Des expériences menées précédemment par un autre groupe semblaient montrer que la réaction N + OH → NO + H devenait très rapide aux très basses températures rencontrées dans les nuages stellaires. Mais la détermination de cette vitesse de réaction est délicate car les réactifs N et OH sont des espèces très instables. Les chercheurs bordelais ont donc développé une nouvelle expérience qui recrée les conditions expérimentales requises pour mesurer, de manière fiable, les vitesses de ces réactions aux basses températures.

Le coeur de l'expérience est une tuyère de Laval(1) qui permet de créer un écoulement supersonique (supérieur à la vitesse du son) uniforme du gaz pour lequel des paramètres tels que la température et la densité sont constants. La tuyère est alimentée par un flux gazeux principal passant dans une cavité micro-onde qui permet de dissocier l'azote moléculaire (N2) en azote atomique (N), et un flux gazeux secondaire contenant de l'eau oxygénée H2O2. Un laser impulsionnel opérant dans l'ultra-violet permet de créer les radicaux OH par photolyse de H2O2. N et OH réagissent alors dans la veine de l'écoulement supersonique où densité et température sont uniformes. Les radicaux OH et NO sont détectés simultanément en utilisant deux lasers réglés sur une de leurs transitions optiques. Les chercheurs ont ainsi enregistré l’évolution de la concentration de OH consommé par la première réaction, et de NO produit par la première réaction puis consommé par la seconde réaction N + NO → N2 + O. Les résultats montrent que la première réaction est moins rapide que le laissaient supposer les mesures expérimentales obtenues par une autre méthode dite « cryogénique ».

Afin de valider cette nouvelle méthode expérimentale et les résultats obtenus, une collaboration avec des théoriciens français, américains et chinois a été mise en place. La modélisation théorique de la réaction N + OH est difficile à effectuer à cause de la présence de deux atomes lourds (oxygène et azote) dans les réactifs. Malgré cela, les chercheurs ont pu réaliser des calculs numériques de grande précision qui valident les résultats expérimentaux obtenus par l’équipe bordelaise, en désaccord avec les expériences cryogéniques dont on sait qu’elles sont particulièrement difficiles à réaliser lorsqu’elles impliquent des radicaux libres très instables.

Ces résultats montrent qu’il faut certainement reconsidérer l’abondance dans le milieu interstellaire des molécules NO et N2 données par les modèles astrochimiques actuels. Ils devraient également nous permettre de mieux comprendre la complexité des processus physico-chimiques dans l’univers, et ouvrent la voie à l’étude de réactions entre d’autres espèces instables que l’on croyait impossibles à réaliser aux basses températures.

(1) La tuyère du moteur Vulcain d’Ariane 5 ECA est une tuyère de Laval.

 

hickson

 

hickson

 

Expérience à base de tuyère de Laval qui recrée les conditions expérimentales requises pour mesurer, de manière fiable, les vitesses de la réaction N + OH → NO + H à basse température.

© Kevin Hickson

 

 

Référence

Julien Daranlot, Mohamed Jorfi, Changjian Xie, Astrid Bergeat, Michel Costes, Philippe
Caubet, Daiqian Xie, Hua Guo, Pascal Honvault, Kevin M. Hickson
Revealing atom – radical reactivity at low temperature through the N + OH reaction
Science, 334, 1538-1541 (2011).

 

Contact chercheur

Kevin Hickson, Institut des sciences moléculaires – Bordeaux

Tél : 05 40 00 63 42
Courriel  :km.hickson@ism.u-bordeaux1.fr

 

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin,Jonathan Rangapanaiken

 

19 décembre 2011

Les actualités d'autres laboratoires
Accueil du Sitecontactimprimer Plan du sitecredits