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Des ballons de football dans l'espace

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L'existence des buckminsterfullerènes, les fameuses molécules ressemblant à un ballon de football, avait été prédite il y a 40 ans. Elles ont finalement été créées au laboratoire il y a 25 ans mais ce n'est qu'aujourd'hui qu'on vient de les détecter là où l'on pensait qu'elles se trouvaient naturellement : dans l'espace.

Une vue d'artiste des fullerènes dans l'espace. Crédit : Nasa/JPL-Caltech

Il y a 25 ans, lorsque Sir Harry Kroto a réussi, en compagnie de Bob Curl et Rick Smalley, à synthétiser des fullerènes de formule C60, à soixante atomes de carbone, donc, la structure de ces molécules, en forme de ballon de football, avait frappé l'imagination.

Kroto pensait que ce genre de molécules, baptisées plus tard des buckminsterfullerènes en référence aux dômes géodésiques de l'architecte américain Richard Buckminster Fuller, devait exister dans l'espace. En fait, elles avaient été prédites en 1970 par un chimiste japonais Eiji Osawa, mais Kroto, qui s'était lancé à la même époque dans un programme de recherche de chaînes carbonés dans l'espace interstellaire, pensait qu'elles pouvaient se former dans les atmosphères des étoiles carbonées.

Ayant entendu parler plus tard des travaux de spectrographie laser de Richard Smalley et de Robert Curl à l'Université Rice, il s'associa à ces chercheurs pour simuler en laboratoire ces atmosphères et tenter d'y détecter la présence de molécules C60. Leur succès  fut annoncé par un article de Nature en 1985 et il vaudra à ces chercheurs le prix Nobel de chimie 1996. D'autres molécules de carbone en forme de ballon de football furent découvertes par la suite, possédant un nombre d'atomes de carbone différent, plus grand ou plus petit que 60. Elles sont collectivement désignées par le terme fullerène.

Les fullerènes, encore appelés buckyballs, vibrent et peuvent absorber et émettre de la lumière dans l'infrarouge avec un spectre caractéristique. On voit ici des raies d'émissions des C60 (flèches mauves) et C70 (flèches bleues) vues par le télescope spatial Spitzer dans la nébuleuse planétaire Tc1. Crédit : Nasa/JPL-Caltech/University of Western Ontario

Toutefois, aucune preuve solide de l'existence des buckminsterfullerènes dans l'espace n'avait jusqu'ici été obtenue, alors qu'on en trouvait dans certaines météorites. Cela vient de changer grâce aux observations dans l'infrarouge faites par Jan Cami, un astronome de l'institut SETI, à l'aide de Spitzer.

Cami et ses collègues ont en effet découvert par hasard la présence du fullerène C60 dans la nébuleuse planétaire Tc1. Selon les propres mots du chercheur : « Cela ne faisait pas partie de nos investigations, mais quand nous avons vu certaines signatures spectrales, nous avons su immédiatement que nous étions en présence de l'une des molécules les plus recherchées ». Ces buckyballs C60 sont portées à la température ambiante de la nébuleuse planétaire. Elles s'agitent donc peu et leur spectre infrarouge devient particulièrement facile à identifier.

A l'annonce de cette découverte qui vient d'être publiée dans Science, Sir Hary Kroto, qui a été anobli depuis quelque temps, a fait le commentaire suivant : « cette avancée particulièrement passionnante fournit une preuve convaincante de ce que j'ai longtemps suspecté. Les buckyballs existent depuis des temps immémoriaux dans les recoins les plus sombres de notre Galaxie ».

Sur Terre, on a trouvé des fullerènes dans la suie, dans certaines roches et ils font depuis quelque temps l'objet de travaux en nanotechnologie. On pourrait s'en servir pour stocker de l'hydrogène, en nanomédecine pour délivrer des substances actives dans les cellules, pour réaliser des matériaux supraconducteurs et même des armures plus solides que l'acier.

Remarquablement, les fullerènes sont proches de ce qu'on appelle des nanodiamants, sur lesquels Eiji Osawa travaille désormais, et que Spitzer cherche encore dans l'espace.

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