ARCHIVÉ - Une équipe pilotée par le CNRC est la première à voir une réaction chimique sous l'angle moléculaire

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Le 05 décembre 2005 — Ottawa (Ontario)

Pour la première fois, une équipe de recherche internationale chapeautée par le Conseil national de recherches du Canada (Ottawa) a « filmé » en temps réel une réaction chimique du point de vue de la molécule. La technique employée est décrite dans la version Web du numéro du 15 décembre de Science, une des plus prestigieuses revues scientifiques au monde.

Les processus chimiques à la base de tout ce qui se passe autour de nous, ou presque, résultent d'un ballet complexe entre atomes et électrons. Cette chorégraphie au terme de laquelle une molécule en devient une autre s'exécute à une vitesse incroyable – habituellement moins du millionième d'un millionième de seconde (une picoseconde, 10^-12 s). Par chance, certains lasers engendrent des impulsions ultrarapides, soit quelques centaines de fois encore plus rapides (on les mesure en femtosecondes, 10^-15 s, une femtoseconde étant à la minute ce que la minute est à l'âge de l'univers). L'équipe de recherche a annoncé qu'elle a imaginé une nouvelle approche pour observer les procédés chimiques les plus rapides du point de vue de la molécule.

« Pour utiliser une analogie, cela revient un peu à filmer un accident de voiture du point de vue du conducteur plutôt que de celui du pilote de l'hélicoptère qui surveille la circulation. »
Albert Stolow, de l'ISSM-CRNC

On représente généralement une réaction chimique par des flèches reliant les réactifs aux produits. Pour comprendre la réaction et éventuellement la maîtriser, il est important de savoir en détail ce qui se déroule le long de cette flèche. En prenant l'impulsion d'un laser femtoseconde comme pistolet de départ, les chercheurs se sont servis d'une deuxième impulsion, légèrement décalée dans le temps, pour chronométrer la réaction pendant son déroulement. Grâce à cette technique, la deuxième impulsion (représentée par la flèche verte et les éclairs lumineux) prend un « instantané » de ce que la molécule fait à tel ou tel moment, en délogeant un électron. En combinant plusieurs techniques mises au point au CNRC et aux laboratoires nationaux de Sandia (Livermore, Californie), les chercheurs peuvent analyser de façon très précise l'électron ainsi libéré, ce qui les renseigne sur le processus chimique.

Représentation graphique d'une réaction chimique sous l'angle moléculaire

Les images photoélectroniques (en bleu) illustrent non seulement le déplacement des atomes durant la réaction, mais aussi le réarrangement simultané du nuage d'électrons sur le cadre moléculaire. Ces détails ne sont dévoilés que lorsqu'on examine le processus sous l'angle de la molécule, c'est-à-dire du point de vue du « cadre moléculaire ».

« La chimie de la femtoseconde permet d'observer les réactions chimiques en temps réel, soit au moment où les atomes et les électrons changent de place lors de la réaction », a déclaré Albert Stolow, de l'Institut Steacie des sciences moléculaires du CRNC. « Avec cette approche, nous sommes désormais en mesure d'étudier ce phénomène sous l'angle moléculaire. »

De gauche à droite : M. Oliver Gessner (agent de recherche adjoint), Anthony Lee (étudiant diplômé, Département de chimie, Université Queen's) et M. Albert Stolow (chef d'équipe et agent de recherche principal du CNRC).

L'implication d'une telle approche est qu'à présent, on comprend les processus les plus rapides qui surviennent le long de la « flèche » de la réaction chimique. Ce qui mènera à envisager autrement la conception de matériaux actifs pour l'électronique moléculaire et élucider des processus biologiques telles la vision et la photosynthèse.

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Renseignements : Relations avec les médias
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