La suprenante lenteur des molécules

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Israël | Science de la matière : matériaux, physique, chimie, optique
21 septembre 2018

On imaginait jusqu’à récemment que, lorsqu’une molécule changeait de forme, elle le faisait extrêmement rapidement, à savoir en 0.000000000001 seconde. A leur grande surprise, une équipe de chercheurs de l’Institut Weizmann a mesuré que le changement peut s’opérer en fait en quelques 0.000001 seconde, soit jusqu’à un million de fois plus lentement que ce que nous pensions. Cela peut toujours vous paraître court, mais sachez que cette nouvelle mesure pourrait aider les astrophysiciens à répondre à de nombreuses questions ouvertes quant à l’évolution des briques élémentaires de la vie dans les confins de l’espace.

Les molécules sont le plus souvent représentées comme des objets statiques composés d’atomes immobiles liés par des liaisons dites électroniques, qui se forment lorsqu’une paire d’électrons va et vient entre deux atomes. Un modèle déjà plus réaliste serait de considérer que les atomes vibrent et que toute la molécule tourne sur elle-même. Une molécule est donc un objet dynamique, auquel il arrive même de changer radicalement de structure : on dit alors qu’elle s’isomérise. Notre capacité à répondre à de nombreuses questions ouvertes en chimie et en physique dépend de notre aptitude à prévoir avec quelle rapidité se font ces isomérisations.

Illust: Figure 1. Modèle (...), 27.1 ko, 626x274 — Figure 1. Modèle de molécule. Les boules sont les atomes et les bâtons sont des liaisons dites électroniques (crédits : William Crochot)

Ces changements de structure affectent drastiquement les propriétés chimiques d’une molécule, c’est pourquoi il est essentiel d’arriver à les comprendre. Une équipe de l’Institut Weizmann, dirigée par le Prof. Daniel Zajfman, est parvenue à mesurer le temps d’isomérisation d’une chaîne de 10 atomes de carbone lorsque celle-ci est passée d’une droite à un cercle tel qu’illustré dans la figure ci-dessous. Les chercheurs ont initié la transformation en éclairant la molécule à l’aide d’un faisceau laser et ont mesuré un intervalle de temps un million de fois supérieur aux prévisions des modèles théoriques. Afin d’expliquer leur découverte, les scientifiques ont développé un nouveau modèle, plus complet, nous en apprenant ainsi d’avantage sur le comportement des molécules.

Illust: Figure 2. Les cherch, 11.3 ko, 597x94 — Figure 2. Les chercheurs ont observé la transition d’une molécule d’une chaîne linéaire vers un cercle (source : Institut Weizmann).

Ces nouveaux résultats pourraient même aider les astrophysiciens à expliquer la chimie des molécules organiques que l’on trouve dans le cosmos et ainsi nous éclairer sur les origines de la vie dans l’univers.

Sources :
• https://wis-wander.weizmann.ac.il/space-physics/when-molecules-change-shape-how-slow-can-they-go
• https://www.nature.com/articles/s41467-018-03197-w

Rédacteur : Arnaud Courvoisier (arnaud.courvoisier[a]weizmann.ac.il), doctorant à l’Institut Weizmann