La chimie inattendue des nuages interstellaires

Entre les étoiles, c’est le vide. Un vide si puissant qu’il est impossible de le reproduire sur Terre. Pourtant, ce vide n'est pas absolu. Le milieu interstellaire contient en moyenne une molécule par cm³. Les plus complexes se trouvent dans les nuages interstellaires. Ce sont des régions froides où naissent les étoiles. Ces zones de la dimension de plusieurs dizaines d’années-lumière¹ sont beaucoup plus denses ! Elles peuvent contenir jusqu’à un million de molécules par cm³. « Cette densité reste faible par rapport à notre propre environnement², mais elle est suffisante pour réduire le rayonnement des étoiles aux alentours. Cela aboutit à des zones dont le cœur est très froid, environ 10 kelvins (-263 °C) », explique Sébastien Le Picard, physicien à l’IPR³ de Rennes.

Des conditions extrêmes

Pour produire une réaction chimique, les atomes doivent se percuter afin de s’agréger en molécules, ce qui est en général facilité par la chaleur. Là-haut, difficile d’imaginer le moindre phénomène chimique vu la température des nuages. Les collisions entre les atomes sont aussi limitées par la faible densité. « Malgré ces deux contraintes, des molécules complexes se forment via des effets quantiques. Nous travaillons avec des théoriciens pour comprendre comment cette richesse chimique est possible », détaille Sébastien Le Picard.

Le laboratoire rennais dispose d’outils qui reproduisent les conditions extrêmes des nuages interstellaires. Grâce à un puissant système de pompage, un caisson sous vide diminue brutalement la pression. Les molécules entrent dans une phase de détente⁴, ce qui les refroidit. « Nous sommes capables d’atteindre des températures similaires à celles des nuages interstellaires », précise le chercheur. Au laboratoire, il est par contre impossible de travailler avec un tel vide. « Il y a un rapport proportionnel entre la densité des molécules et la durée des réactions. Au sein du nuage interstellaire, il y a peu de matière mais les réactions chimiques se déroulent sur 100 millions d’années. Ici, nous utilisons plus de matière, ce qui accélère les réactions. Les résultats restent extrapolables par une simple règle de trois ».

Une dizaine d’atomes

Les radiotélescopes ont déjà identifié 200 molécules différentes au sein des nuages interstellaires. « Plus ces molécules sont grosses, plus leur empreinte est difficile à déceler. Actuellement, les plus imposantes sont formées d’une dizaine d’atomes⁵. » Quelle taille peuvent-elles atteindre dans cet espace hostile ? La question reste en suspens. « Le Graal serait d’y déceler des acides aminés, qui sont la brique élémentaire de tous les êtres vivants » rêve le physicien, qui a une certitude : beaucoup de molécules complexes restent à découvrir dans ce vide interstellaire !