Le rôle de l'éthanol et de l'éthylamine en chimie spatiale

La chimie dans l'espace, c'est un sujet fascinant. Quelques molécules simples forment des molécules plus complexes qui pourraient être essentielles pour la vie. Deux molécules simples importantes dans ce contexte sont l'Éthanol et l'éthylamine. Elles appartiennent à un groupe de composés connus sous le nom de molécules organiques complexes interstellaires (iCOMs). Ce sont des molécules contenant entre six et douze atomes, incluant du carbone et d'autres atomes non métalliques comme l'azote, l'oxygène, le soufre ou le phosphore. Ce sont les composés organiques les plus simples formés dans l'espace et on pense qu'ils sont les éléments de base pour des molécules organiques plus complexes liées à la biologie, comme les acides aminés, les nucléobases et les sucres.

#Éthylamine et Éthanol comme Précurseurs

L'éthylamine est vue comme un précurseur de l'alanine, tandis que la méthylamine est une source pour la glycine - deux acides aminés importants. On a repéré l'éthylamine et la méthylamine dans la comète 67P/C-G, avec de la glycine. Elles ont aussi été détectées dans la comète 81P/Wild2 pendant la mission Stardust. Dans le Milieu Interstellaire (ISM), l'éthylamine a été détectée de manière provisoire dans le nuage central galactique G+0.693-0.027. En revanche, l'éthanol a été détecté dans de nombreuses comètes et dans des régions chaudes et froides de l'espace. Récemment, on l'a aussi trouvé dans des couches glacées.

La détection de l'éthanol dans des régions chaudes semblait logique vu les températures là-bas. Cependant, le trouver dans des endroits plus froids a surpris et posé des défis aux scientifiques qui étudient l'astrochimie. L'attention sur l'éthanol a augmenté après que les scientifiques aient remarqué un lien entre les quantités de glycolaldéhyde et d'éthanol dans une zone spécifique appelée L1157-B1. Suite à cela, les scientifiques ont proposé une série de réactions partant de l'éthanol pouvant mener au glycolaldéhyde, suggérant que l'éthanol pourrait aussi donner naissance à de l'acide formique et d'autres molécules organiques complexes.

#Explorer la Réactivité de l'Éthylamine

Malgré son importance, la réactivité de l'éthylamine n'a pas été complètement étudiée à cause de sa détection rare dans l'espace. Cependant, des études ont montré que quand on expose de la glace contenant de la méthylamine à de la lumière UV ou à la chaleur, ça produit divers produits, montrant comment la complexité peut augmenter pendant le traitement.

Typiquement, la formation d'éthylamine est liée à des réactions entre l'ammoniac et des composés à base de carbone sur des couches de glace. Quand certaines glaces sont exposées à des radiations cosmiques à basses températures, cela peut mener à la formation d'éthylamine. À des températures plus élevées, des réactions impliquant le carbone et l'azote peuvent produire de l'éthylamine et d'autres produits.

D'un autre côté, la formation de l'éthanol a été largement étudiée. Les scientifiques ont identifié des voies énergétiques et non énergétiques pour sa production, comme l'exposition de glaces spécifiques à la lumière UV ou leur mélange avec des atomes d'hydrogène. Beaucoup de recherches se sont concentrées sur la simulation de la façon dont l'éthanol se forme à basses températures sur des grains de poussière dans l'espace.

La différence dans le nombre d'études sur l'éthanol et l'éthylamine est probablement liée aux défis de détection auxquels fait face l'éthylamine. Elle peut se cacher dans des couches de glace plutôt que dans la phase gazeuse, réagir rapidement lorsqu'elle entre dans la phase gazeuse, ou avoir des caractéristiques spectrales qui se chevauchent avec d'autres molécules, rendant son identification difficile. Donc, cette recherche s'est concentrée sur le premier point : comprendre comment l'éthylamine et l'éthanol interagissent avec les surfaces de glace.

#L'Importance de l'Énergie de liaison

Pour mieux comprendre ces interactions, les chercheurs se concentrent sur un facteur clé appelé énergie de liaison (BE). Cette énergie mesure à quel point une molécule est fortement maintenue sur une surface. Elle dicte si une molécule peut bouger ou s'échapper lorsque les températures changent. Les premières estimations des BE pour ces deux molécules ont suggéré des forces d'interaction différentes, ce qui a poussé à une enquête plus poussée sur leurs mécanismes.

Les énergies de liaison de l'éthanol et de l'éthylamine ont été explorées sur des surfaces de glace d'eau cristalline et amorphe. Les chercheurs ont aussi examiné les énergies cohésives des cristaux de ces deux molécules pour mieux interpréter les résultats expérimentaux.

Dans les modèles astrochimiques, connaître la BE est crucial. Ça aide les chercheurs à déterminer comment les molécules se comportent sous des conditions spécifiques, surtout quand les températures augmentent et que les molécules pourraient désorber de la surface.

#Méthodes d'Investigation

Pour étudier les énergies de liaison des molécules sur la glace, les chercheurs ont utilisé une combinaison de simulations informatiques et d'expériences en laboratoire. La partie computationnelle impliquait l'utilisation d'un logiciel de chimie quantique pour créer des modèles reflétant comment ces molécules pourraient se comporter sous diverses conditions.

La partie expérimentale a été réalisée à l'aide d'un dispositif spécialisé. Les chercheurs ont créé de fines couches de glace, puis déposé de l'éthanol et de l'éthylamine pour étudier comment elles interagissent avec la glace. Ils ont surveillé comment les molécules se désorbent en élevant la température.

#Résultats : Énergies de Liaison de l'Éthanol et de l'Éthylamine

Après avoir mené leurs expériences et simulations, les chercheurs ont trouvé que les BE de l'éthanol variaient de 26.0 à 61.6 kJ/mol sur la surface de l'eau solide amorphe. En revanche, les BE de l'éthylamine variaient de 19.1 à 71.7 kJ/mol.

Les résultats ont montré que l'éthanol et l'éthylamine se lient différemment à la glace. L'éthanol a tendance à montrer des interactions plus fortes dans l'état amorphe, tandis que les interactions de l'éthylamine varient plus selon le type d'interaction qu'elle forme avec les molécules d'eau.

Les mesures de liaison ont également révélé qu'une grande partie de la population d'éthylamine pourrait se désorber à des températures légèrement plus basses que l'éthanol sur la glace d'eau, mettant ainsi en évidence des comportements différents dans la façon dont elles interagissent avec les surfaces.

#Implications pour la Chimie Interstellaire

Ces découvertes ont d'importantes implications pour notre compréhension de l'environnement chimique dans l'espace. L'éthanol et l'éthylamine sont importantes car elles pourraient servir de précurseurs à des molécules plus complexes vitales pour la vie.

La présence d'éthanol dans des régions froides de l'espace soulève des questions sur les mécanismes responsables de sa survie dans de telles conditions. En revanche, l'éthylamine n'a été trouvée qu'en quantités limitées dans des zones spécifiques, suggérant qu'elle pourrait ne pas être aussi répandue que l'éthanol dans le milieu interstellaire.

L'énergie de désorption de ces molécules joue un rôle crucial pour déterminer si elles restent sous forme solide ou passent à la phase gazeuse dans la chimie complexe de l'espace. Cette distinction est essentielle pour comprendre le potentiel de ces composés à contribuer à la formation de planètes et d'autres corps célestes.

#Conclusion

En résumé, l'étude de l'éthanol et de l'éthylamine révèle beaucoup sur la nature des processus chimiques dans l'espace. Alors que l'éthanol se trouve dans divers environnements, la rareté de l'éthylamine soulève des questions sur sa formation et sa survie. Les différences dans leurs énergies de liaison et interactions avec la glace mettent en lumière le comportement complexe des molécules dans l'espace.

Comprendre ces interactions fournit des perspectives précieuses sur le rôle des molécules organiques simples dans le développement de systèmes biologiques plus complexes. Alors que les scientifiques continuent d'explorer la chimie de l'espace, les connaissances acquises en étudiant ces composés éclaireront les origines de la vie et les possibilités d'une vie existante ailleurs dans l'univers.