Le journal du cnrs numéro 21 Avril 2008

Chimie Le méthane transformé en douceur

C'est une sacrée performance que viennent de réaliser des chimistes de l'Institut de recherches sur la catalyse et l'environnement de Lyon (Ircelyon) (Institut CNRS Université Lyon 2) : ils ont oxydé du méthane à une température inférieure à 50 °C, alors que cette réaction – qui permet la synthèse de méthanol – est actuellement effectuée au niveau industriel à plus de 600 °C ! La découverte ouvre donc la voie à une méthode plus douce de production de méthanol. Une bonne nouvelle pour l'industrie, où cette molécule est utilisée massivement comme matière première d'autres produits chimiques avec lesquels on fabrique notamment du plastique ou encore de la peinture. Constituant majoritaire – et de loin – du gaz naturel, le méthane est le composant organique le plus simple qui soit. Revers de la médaille, « c'est aussi le plus stable qu'on connaisse », souligne Alexander Sorokin, membre de l'équipe de l'Ircelyon. Pas étonnant donc que les chimistes n'aient jamais réussi jusqu'à ce jour à oxyder en méthanol à basse température cette molécule peu réactive. Et cela, même s'ils suivaient depuis plus de vingt ans une piste particulièrement prometteuse : celle des bactéries. En effet, certaines d'entre elles, qui vivent enfouies dans le sol des marais, rizières et autres tourbières, utilisent le méthane comme source d'énergie. Et au passage, elles le transforment justement en méthanol. Les scientifiques tentaient ainsi de reproduire en laboratoire l'activité des enzymes naturelles de ces bactéries. Mais jusqu'ici sans obtenir de résultat. Persévérants, les chercheurs de Lyon se sont engagés eux aussi dans la voie des bactéries. Mais en prenant bien soin de se démarquer de leurs prédécesseurs. Alors que les autres équipes étaient restées trop proches de leurs modèles, Alexander Sorokin et ses collègues ont simplifié au maximum les enzymes. Ils ont mis au point un nouveau catalyseur de la réaction constitué de deux atomes de fer. Ce catalyseur a réussi, alors que les autres avaient échoué, à s'associer à l'eau oxygénée. Et l'espèce chimique ainsi obtenue s'est mise à oxyder le méthane avec une très grande efficacité. Petit bémol tout de même : les chimistes ne sont pas encore parvenus à stabiliser le méthanol ainsi obtenu qui a continué à se transformer en d'autres produits chimiques. Mais ils travaillent activement pour trouver une solution. Le jeu en vaut la chandelle, puisque cette réaction d'oxydation du méthane est « totalement propre », affirme le chercheur lyonnais. « À la sortie, en dehors du méthanol, on n'obtient que de l'eau, et le nouveau catalyseur constitué de fer n'est pas toxique. Qui plus est, ce dernier pourrait être utilisé pour transformer, toujours dans des conditions respectueuses de l'environnement, d'autres composés récalcitrants, comme le benzène notamment. » L'avenir en chimie est donc dans la méthode douce.

Pierre Mira

Contact : Alexander Sorokin [e-mail]

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Environnement 200000 ans d'histoire du climat en Iran

Un nouveau record est tombé : des chercheurs ont pu retracer deux cent mille ans d'histoire de la végétation et du climat du Proche-Orient. C'est en fouillant au fond du lac Urmia, au Nord-Ouest de l'Iran, qu'une équipe internationale comptant plusieurs chercheurs de l'Institut méditerranéen d'écologie et de paléoécologie (Imep) (Institut CNRS Universités Aix-Marseille 1 et 3 Université Avignon IRD), à Marseille, a accompli cet exploit. Grâce aux pollens contenus dans deux carottes de 100 mètres chacune, prélevées à l'occasion de la construction d'un pont en 2000 et conservées depuis à l'université de Téhéran, les scientifiques ont pu découvrir quels types d'arbres et de plantes se sont succédé dans la région, et en ont déduit l'évolution du climat (Cette étude a été menée dans le cadre du programme franco-iranien Gundishapour en collaboration avec l'université de Téhéran et l'Iranian National Center for Oceanography). Leurs conclusions ? Tout d'abord, il y a 200 000 ans, la région était couverte d'une steppe de graminées et d'armoises, des arbustes des régions sèches et froides marquées par de brusques changements de température et de précipitations. Vers 135 000 ans, les conditions climatiques se sont adoucies. Chênes et genévriers, très rares jusque-là, ont colonisé le territoire. Quelque 25 000 ans plus tard est survenu un nouveau refroidissement, et herbes et armoises se sont réapproprié le nord-ouest de l'Iran. Puis, avec le dernier réchauffement, il y a 11 000 ans, la région s'est enfin peuplée de forêts ouvertes, majoritairement de chênes, semblables à celles que l'on peut observer aujourd'hui. Une histoire mouvementée qui n'est pas sans rappeler celle, bien connue, de l'Europe ! « Le Proche-Orient et l'Europe ont beau être séparés de 5 000 kilomètres et situés dans des conditions biogéographiques différentes, on y observe les mêmes cycles climatiques. L'évolution du climat observée chez nous n'est donc pas locale ! », explique Philippe Ponel, chargé de recherches à l'Imep. Cerise sur le gâteau, les chercheurs ont aussi trouvé, quasiment jusqu'au sommet des carottes, les spores d'une hépatique Riella, un végétal proche des mousses particulièrement rare. Si rare que très peu de spécialistes ont eu la chance d'en voir un spécimen vivant à l'état naturel ! La présence de spores récentes laisse donc envisager celle de la plante elle-même – jamais vue en Iran –, dans des zones refuges autour du lac salé. La chasse est ouverte ! Quant à nos paléoécologistes, ils souhaitent aujourd'hui dater plus finement les apparitions et réapparitions des divers végétaux pour mieux comprendre la dynamique climatique à l'échelle du Proche-Orient… et de l'hémisphère Nord.

Anne Orliac

Contact Philippe Ponel [e-mail]

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Géophysique Quand les séismes font bang

Certains séismes très particuliers, dits à supercisaillement, n'existaient jusqu'ici qu'en théorie. Des chercheurs français et turcs viennent non seulement d'en identifier dans le passé proche, mais aussi d'en démontrer les effrayantes propriétés.Lors de certains tremblements de terre, la rupture de l'écorce terrestre peut se propager le long de la faille sismique presque deux fois plus vite que ce qui était admis jusque-là ! Et leurs répliques sont susceptibles de réveiller des structures géologiques endormies et pourtant éloignées. Telles sont les inquiétantes conclusions d'une équipe franco-turque dont les travaux ont fait l'objet, en juin dernier, d'un article dans la revue Science. Michel Bouchon et Hayrullah Karabulut, du Laboratoire de géophysique interne et tectonophysique (LGIT) (Laboratoire CNRS Université Grenoble 1 Laboratoire central ponts et chaussées IRD Université Chambéry), à Grenoble, et de l'Observatoire Kandilli, à Istanbul, ont reconstitué, dans le détail, le déroulement de quatre séismes dits à supercisaillement survenus en Turquie, en Alaska et au Tibet entre 1999 et 2002. Selon eux, lors de ces événements, la rupture des failles a été si rapide que des « ondes de choc » ont été générées, un peu semblables au « bang » des avions supersoniques. Mais que sont au juste ces séismes à « supercisaillement » ? Comme on le sait, beaucoup de tremblements de terre surviennent à la frontière entre les plaques tectoniques qui constituent l'écorce terrestre. Un grand séisme résulte souvent de la brusque rupture sur des centaines de kilomètres de la faille qui sépare ces plaques. Longtemps, les géophysiciens ont pensé que la vitesse de la « cassure » était limitée à celle des ondes sismiques les plus énergétiques, dites « de cisaillement » : un peu plus de 3 km/s. Mais des études des années 1970, puis des expériences effectuées sur des matériaux en plexiglas par une équipe du Caltech (États-Unis) ont eu raison de cette hypothèse à la fin des années 1990 : en théorie, il était désormais possible que la célérité d'une rupture dépasse la valeur plafond. La conséquence en serait, précisaient même alors les spécialistes, la génération d'une « onde de choc » lors du séisme. L'équipe de Michel Bouchon a ainsi été la première à identifier l'un de ces tremblements de terre dits à « supercisaillement ». En analysant les données recueillies par les réseaux de stations turc et international au cours de la catastrophe d'Izmit (Turquie, magnitude 7,4 sur l'échelle de Richter) d'août 1999, ces chercheurs ont, en effet, réussi à démontrer qu'une partie de la faille s'était rompue, sur une cinquantaine de kilomètres, à une vitesse anormalement élevée : 5 km/s ! Depuis, l'observation par le même groupe de scientifiques, en Turquie (Düzce, en novembre 1999, 7,2 sur l'échelle de Richter), au Tibet (Kunlunshan en 2001, 8,1) (Travaux publiés dans Science, le 8 août 2003) et en Alaska (Denali en 2002, 7,9), de trois autres de ces séismes d'un genre particulier n'a fait que confirmer l'existence du phénomène. Mais quid de ses effets ? C'est ce qu'ont voulu savoir, cette fois-ci, Michel Bouchon et Hayrullah Karabulut en passant en revue les quatre cas répertoriés à ce jour. Dans ce but, ces scientifiques ne se sont pas tant intéressés à la rupture elle-même qu'à l'une de ses conséquences : les répliques. Dans les tremblements de terre « classiques », en effet, celles-ci sont généralement concentrées sur la faille. En était-il de même pour ceux à « supercisaillement » ? Michel Bouchon et Hayrullah Karabulut ont voulu en avoir le cœur net. Les deux géophysiciens ont d'abord reporté sur des cartes le tracé tel qu'ils l'avaient reconstitué des failles responsables des quatre catastrophes. Puis ont déterminé les zones où leur rupture avait été la plus véloce. Avant enfin de pointer les endroits où des répliques avaient été observées. Verdict des chercheurs : les séismes à « supercisaillement » génèrent des mouvements inhabituels du sous-sol. Au lieu de se manifester le long de la faille, leurs répliques frapperaient, en effet, bien plus loin jusqu'à plusieurs dizaines de kilomètres ! La raison de cette anomalie ? « L'onde de choc », répond Michel Bouchon. En concentrant l'énergie du séisme, celle-ci soumettrait la roche à des contraintes très fortes. Et réactiverait à grande distance d'autres failles inactives ou secondaires. Un peu comme si le tremblement de terre de départ en avait provoqué d'autres ! Si elle était confirmée, la découverte de cet effet de « cascade » n'aurait pas qu'un intérêt académique. Elle pourrait, en effet, avoir des conséquences sur les politiques de gestion des risques ainsi que sur les plans de déploiement des équipements parasismiques. Un enjeu d'autant plus crucial que certaines des failles susceptibles de générer des séismes « à supercisaillement » pourraient se trouver dans des zones à forte densité de population. Est-ce un hasard ? Michel Bouchon et ses collègues s'intéressent en ce moment à la région de San Andreas, en Californie…

Vahé Ter Minassian

Contact Michel Bouchon [e-mail]

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