CRESU: 30 Années d'Histoire Astrochimique et Challenges de Demain

La méthode CRESU (Cinétique de Réaction en Ecoulement Supersonique Uniforme) a été inventée par Bertrand Rowe et Jean-Baptiste Marquette dans les années 80. Initialement employée pour l’étude des réactions ion-molécule au Laboratoire d’Aérothermie de Meudon, la technique est entrée dans une nouvelle ère avec la mise au point d’un réacteur CRESU dédié à l’étude des réactions entre espèces neutres au travers d’une collaboration avec l’équipe de Ian W.M. Smith de l’Université de Birmingham.

CRESU technique
  1. Astrochimie
  2. CRESU: Une méthode unique
  3. 30 ans d'une histoire passionnante

Astrochimie

Le développement de la radioastronomie millimétrique dans le milieu des années soixante a été décisif pour l'étude de la chimie de l'espace interstellaire car il a permis la détection d'un nombre toujours croissant de molécules dans des conditions physiques particulièrement exotiques. L'espace situé entre les étoiles d'une galaxie n'est en effet pas vide, il abonde bien au contraire de rassemblements de matière gazeuse ou poussiéreuse dénommés nuages interstellaires par analogie avec les nuages présents dans l'atmosphère terrestre. La similitude s'arrête néanmoins à l'apparence visuelle.

Principalement constituée d'hydrogène et d'hélium, ils contiennent également à l'état de trace des dizaines de molécules que la radioastronomie a permis de révéler. C'est dans les environnements les plus denses, communément appelés nuages denses, ou moléculaires ou encore sombres, que la richesse et la complexité moléculaire sont apparues comme les plus importantes. Cette notion de densité est cependant toute relative car en réalité il s'agit d'environnements extrêmement ténus (10 – 104 atomes/cm3) qui par ailleurs s'avèrent extraordinairement froids par rapport aux standards de notre existence terrestre. On parle ici de températures approchant le zéro absolu, typiquement -200°C à – 260°C.

Comment donc dans des conditions aussi extrêmes, où l'intuition conduirait à penser que tout est gelé, des molécules telles que l'eau, l'ammoniac, le méthane, l'éthanol et bien d'autres, ont pu se former et sont observables à l'état de gaz? Cette question constitue à vrai dire le socle sur lequel s'est fondée une nouvelle discipline au milieu des années 70, l'Astrochimie.

CRESU: Une méthode unique

En parallèle, dans les années 70, l'aéronautique développe l'ambitieux projet de navette spatiale qui se veut être une alternative aux lanceurs fusées conventionnels avec l'avantage d'être un engin réutilisable. Le problème de la rentrée dans l'atmosphère lors du retour sur Terre s'avère un sujet crucial qui nécessite de nombreuses études en particulier dans le domaine de l'aérodynamique et de la tenue des matériaux à l'échauffement. Les grandes souffleries à gaz raréfié sont alors utilisées pour simuler ces rentrées atmosphériques. En pratique des écoulements supersoniques uniformes générés par détente à travers une tuyère de Laval sont propulsés sur des maquettes fixes. Au début des années 80, au laboratoire d'Aérothermique de Meudon en région parisienne, Bertrand Rowe comprend que ces écoulements supersoniques constituent des réacteurs chimiques idéaux pour l'étude de processus réactifs à très basse température car l'écoulement est dépourvu de paroi et la détente de celui-ci se traduit par un refroidissement qui peut atteindre les températures pertinentes pour l'astrochimie. La technique CRESU est née.

30 ans d'une histoire passionnante

Le présent article de revue parcourt 30 ans de recherche au cours desquels la technique CRESU s'est développée, améliorée et propagée dans de nombreux pays européens ainsi qu'aux Etats Unis et a fourni des données de première importance pour la modélisation de la chimie interstellaire. Après avoir rappelé le contexte astrophysique, les auteurs présentent les principes fondamentaux de la méthode et les différentes étapes qui en ont fait une technique extrêmement polyvalente. Les principaux résultats marquant sont brièvement décrits ainsi que leurs implications tant pour l'astrophysique que pour les théories de collisions moléculaires. De nombreux challenges scientifiques demeurent néanmoins et les auteurs décrivent quelques pistes qui pourraient être explorées dans le futur à l'aide de la méthode.