L'observation d'une réaction chimique au niveau moléculaire en temps réel est un thème central de la chimie-physique expérimentale. Une équipe de recherche internationale a capturé pour la première fois des fragments moléculaires errants. L'oeuvre, sous la direction de Heide Ibrahim, chercheur associé à l'Institut national de la recherche scientifique (INRS), a été publié dans la revue Science .

L'équipe de recherche du Centre de recherche Énergie Matériaux Télécommunications de l'INRS, avec le soutien du professeur François Légaré, a utilisé la source de lumière laser avancée (ALLS). Ils ont réussi à filmer le premier film moléculaire de "roamers" - des fragments d'hydrogène, dans ce cas - cette orbite autour de fragments de HCO) lors d'une réaction chimique en étudiant la photo-dissociation du formaldéhyde, H 2 CO.

Un road trip moléculaire

"Ce que nous voyons dans cette nouvelle découverte, c'est que, comme dans un road trip, le but final n'est pas connu au départ, le chemin n'est pas non plus toujours simple. En général, molécules, comme les humains, suivre le chemin le plus simple pour aller du point A au point B afin de minimiser l'énergie dépensée, " explique Heide Ibrahim. " Cependant, parfois les voyageurs peuvent décider de faire un petit détour." Apparemment, il en est de même pour les fragments de molécules. Ce processus s'appelle l'itinérance, et a été découvert pour la première fois dans des molécules de formaldéhyde en 2004. Depuis lors, des traces indirectes de fragments errants appelés errants ont été détectées dans de nombreux systèmes moléculaires.

Cependant, ce n'est que récemment que l'équipe du Dr Ibrahim a pu « les attraper en cours de route, " et les a capturés en temps réel. C'est la première observation directe du phénomène insaisissable de l'itinérance observé à ce jour. " C'est comme si, suite à la découverte d'empreintes de dinosaures, un film a été découvert les montrant errants, ", explique le chercheur.

Cartographier les fragments

En plus de l'itinérance, il y a aussi la dissociation conventionnelle, dans lequel la molécule se divise en fragments lors d'une excitation par des impulsions laser UV ultracourtes. Les fragments peuvent atteindre les mêmes produits finaux en suivant des voies directes (dissociation) ou des voies indirectes (itinérance). « Pour mener à bien ce travail, on ne peut pas simplement attendre l'arrivée d'un fragment sur la ligne d'arrivée, car cela ne renseigne pas sur la dynamique qu'il a subie. C'était comme si le road trip se faisait sans GPS et qu'on ne pouvait pas retracer l'itinéraire emprunté par les voyageurs, " dit Heide Ibrahim. Pour y remédier, l'équipe a trouvé un moyen d'identifier quel fragment suivait quel chemin en plaçant des points de contrôle le long de la route ; ceux-ci agissent un peu comme des tours cellulaires permettant d'activer un signal à un point spécifique le long de la route.

L'un des nombreux défis des expériences était lié au fait que le signal de ces molécules indécises se produit statistiquement. Imaginez vouloir prendre une photo d'un voyageur sur la route, mais vous n'avez que le nom de la route et il peut passer à tout moment de la semaine. Pour ajouter à la difficulté, le signal expérimental est ultrarapide (à l'échelle de 100 femtosecondes, ou 10 milliards de fois moins d'une milliseconde) tout en s'étendant sur plusieurs ordres de grandeur dans le temps. Tomoyuki Endo, le premier auteur de l'étude, un ancien post-doctorant de l'INRS aujourd'hui au Kansai Photon Science Institute (Japon), a pu suivre les "roamers" en utilisant une technique appelée imagerie d'explosion de Coulomb à résolution temporelle (CEI).

Les équipes de Michael Schuurman (National Research Council, Ottawa), Paul Houston (Université Cornell, Ithaque, États-Unis) et Joel Bowman (Université Emory, Atlanta, États-Unis) a fourni un soutien théorique de haut niveau à toutes les étapes expérimentales critiques.

"Les résultats montrent que la CEI résolue en temps peut aller au-delà de l'imagerie d'une dynamique moléculaire cohérente - ici, nous suivons des processus statistiques utilisant des lasers ultrarapides de table conventionnels, " dit le professeur Légaré, directeur du laboratoire ALLS où ont eu lieu les expériences. "Dans le futur proche, grâce aux avancées des systèmes laser à haut taux de répétition, il sera possible d'étudier des molécules plus complexes."

« Bien que le roaming reste un processus insaisissable et difficile à appréhender, cette percée scientifique donne un aperçu de la façon de la mesurer, ainsi que d'autres processus statistiques qui nécessitent une détection très sensible face aux signaux de fond perturbateurs, " dit Heide Ibrahim. " En fin de compte, ce n'est peut-être que le début d'un autre voyage sinueux vers certains des secrets de Mère Nature; l'itinérance est un processus dont le rôle dans la chimie de l'environnement et de l'atmosphère n'est qu'à ses débuts."