Réactions entre espèces neutres

Des réactions rapides entre espèces neutres?

Avant les travaux initiés ici à Rennes, il était largement admis que les constantes de vitesse des réactions entre espèces neutres devaient devenir négligeables aux températures très basses régnant dans les nuages interstellaires ; ceci en raison de la présence de barrières énergétiques substantielles sur le chemin réactionnel de plus basse énergie (cas (a) ci-dessus). Les collisions impliquant des espèces chargées, comme les réactions entre ion et molécule neutre, sont des processus sans barrière ainsi qu’un nombre limité de réactions entre espèces neutres (cas (b) ci-dessus). C’est la raison pour laquelle, ce sont ces réactions qui ont été initialement été considérées comme dominant la chimie des environnements astrophysiques froids. Au début des années 90, un projet conjoint a été initié par, le groupe de Rennes, alors dirigé par Bertrand Rowe, et le groupe de cinétique et dynamique de Ian W.M. Smith à Birmingham, dont le but était d’étudier la cinétique de réactions entre espèces neutres à très basses températures à l’aide de la technique CRESU. Les premiers résultats sur la réactivité du radical CN (voir ci-contre) démontrèrent alors que les constantes de vitesse entre radicaux et molécules pouvaient demeurer importantes voire augmenter à basse température. De telles réactions devaient donc être considérées dans la chimie des environnements froids où l’on observe des molécules complexes, comme les nuages interstellaires denses ou les atmosphères planétaires
 

Rate constants - Rate constants k as a function of temperature, T, displayed on a log-log scale for reactions of the CN radical with some simple hydrocarbons. I. R. Sims, et al., Chem. Phys. Lett. 211, 461 (1993).

Le Prix Descartes

Ces résultats et les développements qui s’en sont suivis à Rennes et Birmingham, ont été récompensés par l’un des premiers Prix Descartes décernés par l’Union Européenne en l’an 2000, pour un projet intitulé : « Chimie proche du zéro absolu ». Le Prix Descartes « est attribué pour des résultats scientifiques ou technologiques exceptionnels émanant d’une recherche collaborative européenne ».

Et aujourd’hui ?

Les recherches sur les réactions entre espèces neutres à très basse température continuent à Rennes, grâce à des innovations technologiques et à la forte demande de données pour la modélisation du milieu interstellaire et des atmosphères planétaires. Récemment, par exemple, notre groupe a mesuré la constante de vitesse de la reaction F + H2 → HF + H jusqu’à 11 K (M. Tizniti, S. D. Le Picard, F. Lique, C. Berteloite, A. Canosa, M. H. Alexander, and I. R. Sims, Nature Chemistry 6, 141 (2014)). Ceci va permettre aux astronomes de lier les observations de HF réalisées grâce au télescope spatial Herschel à l’abondance de H2 et ainsi d’estimer plus précisément la s de divers objets interstellaires, tels les nuages moléculaires.

 

. - Herschel and Aquila. Credit: ESA and SPIRE & PACS consortia, Ph. André (CEA Saclay) for Gould’s Belt Key Programme Consortia