Comment l'urée se forme-t-elle spontanément ?
Découverte d'une nouvelle réaction : potentiel de synthèse de l'urée durable et à faible consommation d'énergie
L'urée est considérée comme une molécule clé possible de l'origine de la vie. Les chercheurs de l'ETH ont découvert une méthode inconnue jusqu'à présent qui permet à cet élément constitutif de se former spontanément sur des surfaces aqueuses sans nécessiter d'énergie supplémentaire.
Représentation graphique de la formation d'urée dans une gouttelette
Luis Quintero / ETH Zürich
L'urée est l'un des principaux produits chimiques industriels fabriqués dans le monde. Elle est utilisée comme engrais, pour la production de résines synthétiques et d'explosifs et comme additif de carburant pour nettoyer les gaz d'échappement des voitures. L'urée est également considérée comme un élément clé potentiel pour la formation de molécules biologiques telles que l'ARN et l'ADN, en relation avec la question de l'origine de la vie. Jusqu'à présent, l'origine de l'urée elle-même sur la Terre primitive n'avait pas été élucidée de manière concluante.
Une équipe de recherche dirigée par Ruth Signorell, professeur de chimie physique à l'ETH Zurich, a découvert une voie de réaction jusqu'ici inconnue pour la formation de l'urée, qui pourrait apporter une réponse. L'étude vient d'être publiée dans la revue Science.
La chimie à la surface de l'eau
La production industrielle d'urée à partir d'ammoniac (NH₃) et de dioxyde de carbone (CO₂) nécessite soit des pressions et des températures élevées, soit des catalyseurs chimiques. Les enzymes permettent à la même réaction de se produire chez les humains et les animaux, en éliminant l'ammoniac toxique provenant de la décomposition des protéines telles que l'urée. Comme cette molécule simple contient de l'azote et du carbone et qu'elle existait probablement sur la Terre primitive inhabitée, de nombreux chercheurs considèrent l'urée comme un précurseur possible de biomolécules complexes.
"Dans notre étude, nous montrons une façon dont l'urée aurait pu se former sur la Terre prébiotique", explique M. Signorell, "à savoir là où les molécules d'eau interagissent avec les gaz atmosphériques, c'est-à-dire à la surface de l'eau".
Réacteur au bord d'une gouttelette
L'équipe de M. Signorell a étudié de minuscules gouttelettes d'eau telles que celles que l'on trouve dans les embruns et la brume fine. Les chercheurs ont observé que l'urée peut se former spontanément à partir du dioxyde de carbone (CO₂) et de l'ammoniac (NH₃) dans la couche superficielle des gouttelettes dans des conditions ambiantes. L'interface physique entre l'air et le liquide crée un environnement chimique spécial à la surface de l'eau qui rend la réaction spontanée possible.
Une gouttelette ayant une très grande surface par rapport à son volume, les réactions chimiques se produisent principalement à proximité de cette surface. Des gradients de concentration chimique se forment dans cette zone, qui agit comme un réacteur microscopique. Le gradient de pH à travers la couche interfaciale des gouttelettes d'eau crée l'environnement acide nécessaire, ce qui ouvre des voies non conventionnelles qui ne se produiraient pas autrement dans les liquides.
"L'aspect remarquable de cette réaction est qu'elle se produit dans des conditions ambiantes sans aucune énergie externe", explique Mercede Mohajer Azizbaig, l'un des deux premiers auteurs. Cela ne rend pas seulement le processus intéressant d'un point de vue technique, mais fournit également des indications précieuses sur des processus qui pourraient être importants pour l'évolution.
Une fenêtre sur les premiers jours de la Terre
L'origine de la vie fait actuellement l'objet d'un grand nombre de recherches, avec différentes approches. Le premier auteur, Pallab Basuri, explique : "Étant donné que ce domaine de recherche est si controversé, il était important pour nous d'étayer nos observations." Les calculs théoriques effectués par les coauteurs Evangelos Miliordos et Andrei Evdokimov de l'université d'Auburn ont étayé les résultats expérimentaux et confirmé que la réaction de l'urée sur les gouttelettes se produit sans apport d'énergie externe.
Les résultats suggèrent que cette réaction naturelle aurait également pu se produire dans l'atmosphère de la Terre primitive, une atmosphère riche en CO₂ et contenant probablement de petites traces d'ammoniac. Dans de tels environnements, des aérosols aqueux ou des gouttelettes de brouillard auraient pu agir comme des réacteurs naturels dans lesquels des molécules précurseurs telles que l'urée auraient été formées. "Notre étude montre comment des interfaces apparemment banales peuvent devenir des espaces de réaction dynamiques, ce qui suggère que les molécules biologiques peuvent avoir une origine plus commune qu'on ne le pensait auparavant", explique M. Signorell.
À long terme, la réaction directe du CO₂ et de l'ammoniac dans des conditions ambiantes pourrait également avoir un potentiel pour la production d'urée et de produits en aval dans le respect du climat.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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