Pénurie d'azote dans les nuages...

L’azote, un des éléments de base de la chimie du vivant, est présent dans l’atmosphère essentiellement sous forme moléculaire (N2). En est-il de même dans l’espace ? Les travaux de deux équipes, de l’Institut des Sciences Moléculaires et du Laboratoire d’Astrophysique de l’Université de Bordeaux, suggèrent que dans les nuages interstellaires denses, l’azote moléculaire serait près de cinq fois moins abondant que ce que l’on pensait auparavant. L’ammoniac (NH3) pourrait être plus abondant. De quoi éclairer la question de la chimie des premières formes de vie.

Aujourd’hui, l’azote moléculaire de l’air est cassé grâce à une enzyme par des bactéries présentes dans le sol, qui rendent cet élément assimilable par les végétaux. Mais les premières formes de vie terrestre ne bénéficiaient pas de cette dégradation bactérienne, et devaient donc avoir recours à des formes chimiquement moins stables et plus susceptibles de participer à des réactions chimiques, comme l’ammoniac. Or l’atmosphère primitive est supposée avoir été composée essentiellement d’azote moléculaire. D’où venait alors l’ammoniac ?

Certains scientifiques ont proposé une origine extraterrestre, via un bombardement de poussières, vestiges de la nébuleuse protoplanétaire. Mais jusqu’à présent, on pensait que dans les nuages moléculaires, tel celui dont est issu le Système solaire, l’azote était majoritairement présent sous forme moléculaire, bien que la proportion exacte soit cette difficile à mesurer directement. Les travaux des deux équipes remettent en cause cette hypothèse.

Les nuages moléculaires, aux sein desquels se forment les systèmes stellaires, sont trop denses et froids (environ 10 kelvins) pour que le rayonnement énergétique des étoiles proches ionise efficacement les atomes. La chimie de l’azote, en particulier, y est dominée par des réactions entre espèces neutres. La formation d’azote moléculaire suit deux voies. La première met en jeu deux réactions successives :

1) N + OH = NO + H, puis 2) N + NO = N2 + O. La seconde voie implique elle aussi deux réactions :

3) N + CH = CN + H, puis 4) N + CN = N2 + C.

Kevin Hickson et ses collègues de l’Institut des Sciences Moléculaires de Bordeaux ont mis au point une expérience qui montre que la réaction 4 est beaucoup moins rapide qu’attendu à très basse température (la même équipe avait auparavant montré que les réactions 1 et 2 sont elles aussi moins rapides que ce qui était admis).

Valentine Wakelam et ses collègues du Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux ont ensuite utilisé ces résultats pour simuler la formation d’azote moléculaire dans les nuages interstellaires denses. Ils ont constaté que celle-ci est beaucoup moins efficace que ce que prédisaient les modèles antérieurs, puisque seulement 10 à 20 pour cent de l’azote se retrouve sous forme moléculaire, contre 60 à 70 pour cent dans les simulations précédentes.

Dans ce modèle, au lieu de former de l’azote moléculaire en phase gazeuse, les atomes d’azotes se fixent à la surface des grains de poussière, où ils interagissent avec l’hydrogène ionisé pour former de l’ammoniac. Ce composé pourrait ainsi représenter le principal réservoir d’azote dans les nuages moléculaires.

Si les espèces moléculaires du milieu interstellaire survivent à la formation de l’étoile, de l’ammoniac de la nébuleuse protoplanétaire, plus réactif que l’azote moléculaire, aurait ainsi pu enrichir l’atmosphère primitive de la Terre.

pourlascience / Kébecleak