Des synchrotrons pour visualiser les liaisons chimiques

Comme chacun sait, le vivant est essentiellement basé sur la chimie du carbone et de l’oxygène. La distribution tridimensionnelle de ces éléments et leurs liaisons chimiques ont été jusqu’à maintenant très difficiles à étudier lorsqu’ils étaient enfouis profondément à l’intérieur de matériaux beaucoup plus denses. C’est le cas, par exemple, des inclusions d’eau à l’intérieur d’échantillons de roches martiennes, des fossiles conservés dans de la lave durcie ou de certains minéraux ou composants chimiques au coeur des météorites.

La tomographie en rayons X, très utilisée en médecine et en science des matériaux, est sensible à la forme et la texture d’un échantillon donné, mais ne peut pas révéler l’état chimique à l’échelle macroscopique. Par exemple, le graphite et le diamant sont tous les deux composés de carbone pur, mais leurs propriétés sont radicalement différentes car les liaisons chimiques entre atomes de carbone ne sont pas du tout les mêmes. Arriver à distinguer les différents types de liaison chimique serait très appréciable dans des domaines variés, couvrant l’ingénierie et la recherche en physique, chimie, biologie ou géologie.

Une équipe internationale de scientifiques de  l’Académie de Finlande, de l’Université de Helsinki (Finlande) et de l’European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), à Grenoble, vient de développer une technique qui pourrait révolutionner l’analyse chimique d’échantillons rares comme des météorites ou des fossiles en permettant de visualiser les liaisons chimiques.

Des applications industrielles en vue

Pour cela, les chercheurs utilisent des rayons X extrêmement brillants produits dans un synchrotron. Ils ont ainsi réussi à voir la distribution des liaisons chimiques entre atomes de carbone cachés profondément dans un matériau opaque, ce qui était impossible auparavant sans détruire ce matériau.

« J’aimerais maintenant tester cette technique sur des roches martiennes ou lunaires. Notre nouvelle technique permet non seulement de voir quels éléments sont présents dans les inclusions mais de comprendre à quelle molécule ou cristal ils appartiennent. Si on trouve du carbone, on peut dire si c’est du graphite, du diamant ou une autre forme de carbone. Imaginez ce que serait la découverte de minuscules inclusions d’eau ou de diamant profondément enfouies à l’intérieur de roches martiennes », s’enthousiasme Simo Huotari de l’Université d’Helsinki.

La technique développée récemment dont les résultats ont été publiés dans la version en ligne du journal Nature Materials, permettra également une nouvelle compréhension de la structure moléculaire de toutes sortes de matériaux allant des nanomatériaux fonctionnels aux piles à combustible ainsi qu’à des nouveaux types de batteries.