• Chimie: le fait que le taux de synthèse est d’autant plus élevé que l’espace de confinement est petit pourrait faire avancer les recherches sur les origines de la vie!____¤201401

     

    Une étude, dont les résultats ont été publiés dans la revue Physical Review Letters, a permis d'évaluer l’influence d’un confinement spatial à l’échelle du micromètre sur une réaction modèle de synthèse chimique. Le fait que «le taux de synthèse est d’autant plus élevé que l’espace de confinement, en l’occurrence une gouttelette, est petit» pourrait aider à faire avancer les recherches sur les origines de la vie.

     

    La réaction chimique analysée, «confinée au sein de gouttelettes de solution aqueuse, dispersées dans de l’huile», concernait «deux molécules non fluorescentes A (une amine) et B (un aldéhyde), dont le produit C (une imine) est une molécule fluorescente», la concentration en molécules produites pouvant être mesurée aisément grâce à des méthodes d’imagerie par fluorescence.

     

    Les gouttelettes étant stabilisées grâce à un tensioactif, des émulsions, où elles étaient de même taille, ont été successivement produites (les rayons s’échelonnant entre 8 et 34 micromètres). Il est alors apparu «que plus les gouttelettes sont petites, plus la concentration du produit C de la réaction est élevée»: plus précisément, le taux k de la réaction A + B → C «est inversement proportionnel au rayon des gouttelettes, et il en est de même de la constante d’équilibre de la réaction (la constante K = k/k’, où k’ est le taux de la réaction inverse C→ A + B)».

     

    Ainsi, pour la plus petite taille de gouttelettes testée, le taux de réaction est «45 fois supérieur à celui qui prévaut en l’absence de confinement». La thermodynamique de la réaction a été alors analysée «en considérant les quatre processus réversibles suivants: 1) La réaction A + B → C (et son inverse) à l’intérieur de la gouttelette; 2) Cette même réaction au niveau de la surface interne de la gouttelette; 3) L’adsorption des réactifs A et B sur cette surface; 4) La désorption des molécules C, qui quittent cette surface pour aller vers l’intérieur de la gouttelette».

     

    Comme «les phénomènes d’adsorption et de désorption au niveau de la surface interne de la goutte font que la concentration des différentes espèces chimiques n’est pas uniforme à proximité de la paroi interne de la gouttelette», ces gradients de concentration «modifient la cinétique de la réaction». Ainsi, «après désorption, les molécules C diffusent vers l’intérieur de la goutte sur une certaine longueur caractéristique», qui, si elle est petite par rapport au rayon de la goutte, ne modifie la cinétique de la réaction «qu’au voisinage de la surface, là où restent concentrées les molécules C».

     

    Par contre, pour une goutte très petite, «la longueur caractéristique de diffusion devient grande par rapport au rayon, et les molécules C se répartissent dans tout le volume de la goutte». Le calcul a alors confirmé que «dans cette limite, la constante d’équilibre de la réaction devient inversement proportionnelle au rayon de la goutte, conformément à ce que l’on observe».

     

    Comme, le mécanisme découvert a des caractéristiques générales, des applications dans plusieurs domaines scientifiques sont envisagées, en particulier dans les recherches sur les origines de la vie ou dans l’étude des particules d’aérosols présents dans l’atmosphère, où la concentration relativement élevée de molécules organiques reste mal comprise. On peut également imaginer «la conception et la réalisation de systèmes structurés à l’échelle micrométrique où des réactions chimiques de synthèse seraient contrôlées avec précision».

     

     


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