Publié le 17 octobre 2024 16:14:00. Des chercheurs de Chalmers et de la NASA ont découvert une interaction chimique inattendue entre des composés présents dans l’atmosphère de Titan, la plus grande lune de Saturne, qui pourrait éclairer l’histoire primitive de la Terre et préparer l’exploration future de ce monde fascinant.
- Le cyanure d’hydrogène (HCN), le méthane et l’éthane, abondants sur Titan, forment des cristaux stables malgré leurs propriétés chimiques opposées.
- Cette découverte remet en question le principe classique selon lequel les substances similaires se dissolvent dans des substances similaires.
- La mission Dragonfly, prévue pour 2028, explorera Titan et pourrait bénéficier de ces nouvelles connaissances.
L’atmosphère de Titan, satellite de Saturne, est radicalement différente de celle de la Terre actuelle. Pourtant, les scientifiques émettent l’hypothèse que la Terre primitive possédait une atmosphère riche en azote et en méthane, similaire à celle de Titan. Des travaux récents menés conjointement par l’université Chalmers, en Suède, et la NASA apportent un nouvel éclairage sur cette question, en révélant des interactions chimiques surprenantes.
Une étude publiée dans la revue PNAS démontre que le méthane, l’éthane et le cyanure d’hydrogène (HCN), des composés courants sur Titan, peuvent interagir d’une manière jusqu’alors considérée comme impossible. Contre toute attente, le HCN, une molécule très polaire, forme des cristaux avec le méthane et l’éthane, des molécules non polaires. Cette observation défie le principe fondamental de la chimie selon lequel « le semblable se dissout le semblable », qui stipule que des substances aux propriétés opposées devraient rester séparées, à l’instar de l’huile et de l’eau.
L’équipe de la NASA a mené des expériences en testant des mélanges de HCN avec du méthane et de l’éthane à une température d’environ 90 K (soit -180 degrés Celsius). Dans ces conditions extrêmes, le HCN se présente sous forme cristalline tandis que le méthane et l’éthane restent liquides. L’analyse par spectroscopie laser a révélé que les molécules conservaient leur intégrité, mais que leur organisation interne était modifiée.
C’est le groupe de recherche dirigé par Martin Rahm à Chalmers qui a été chargé d’interpréter ces résultats. Les scientifiques ont réalisé de nombreuses simulations informatiques, explorant des milliers de configurations de structures cristallines. Ces simulations ont confirmé que les hydrocarbures peuvent s’intégrer dans le réseau cristallin du HCN, formant des cristaux stables dont les caractéristiques correspondent aux spectres mesurés par la NASA.
« Ce sont des découvertes très intéressantes qui pourraient nous aider à comprendre des phénomènes à l’échelle de lunes entières, comme Mercure. »
Martin Rahm, chercheur à Chalmers
L’interaction inattendue entre ces substances pourrait avoir des implications importantes pour notre compréhension de la géologie de Titan, notamment de ses lacs, de ses mers et de ses dunes.
« La question que nous nous sommes posée était un peu folle : les mesures peuvent-elles s’expliquer par une structure cristalline dans laquelle du méthane ou de l’éthane se mélange avec du cyanure d’hydrogène ? Cela contredit la règle de la chimie selon laquelle « le semblable se dissout le semblable ». »
Martin Rahm, chercheur à Chalmers
Cette découverte constitue une avancée significative dans notre compréhension de la chimie dans des environnements spatiaux froids et repousse les limites de nos connaissances en chimie.
La prochaine étape de cette recherche sera la mission Dragonfly, dont le lancement est prévu en 2028. En 2034, ce drone sophistiqué, développé par la NASA, explorera la surface de Titan depuis les airs, analysant sa chimie prébiotique et recherchant d’éventuelles traces de vie, passée ou présente. En attendant, les équipes de Chalmers et de la NASA continuent d’étudier la chimie du HCN et ses mélanges possibles dans les environnements spatiaux froids.