Notice
L’odyssée de la matière (par Jacques Livage)
- document 1 document 2 document 3
- niveau 1 niveau 2 niveau 3
Descriptif
L’ODYSSÉE DE LA MATIÈREpar Jacques LIVAGEComment la matière divisée, puis condensée et organiséeest devenue vivante puis pensante ?
L’aventure de la matière a commencé il y a près de 14 milliards d’années lorsque, quelques minutes après le big-bang, les premières particules élémentaires, les quarks, sont apparues. Au sein d’un univers en expansion, elle a conduit à la formation des atomes, des molécules, de la poussière interstellaire, puis des astres et des galaxies. Au cours de ce périple, la matière divisée des origines s’est progressivement condensée et complexifiée pour conduire à l’univers tel que nous le connaissons aujourd’hui. Certains processus ont été particulièrement rapides, les noyaux atomiques par exemple, se sont formés au cours des premières minutes, tandis que d’autres sont issus d’une longue maturation. Il a fallu attendre plus de 300.000 ans pour que se forment les premiers atomes et neuf milliards d’années pour que naisse la Terre. La longue histoire de la matière a conduit à la formation des roches minérales et des molécules organiques. Sur notre planète, elle a donné naissance à la matière vivante et même à la matière pensante. Comment la chimie, science de la matière, permet de décrire cette aventure ? C’est ce que nous allons tenter de montrer au cours de cet exposé. Pendant des siècles, on a pensé que la matière était constituée des quatre éléments d’Aristote, la terre, l’eau, l’air et le feu. Ce n’est qu’au XVIIIe siècle que l’on a montré que, comme le prédisait Démocrite, elle était formée d’atomes. Pendant plus d’un siècle, les chimistes se sont attachés à découvrir de nouveaux éléments. C’est ainsi qu’au cours de ses travaux sur la combustion, Lavoisier mit en évidence l’existence de l’oxygène mettant ainsi fin à la théorie du ‘phlogistique’ [1]. À la fin du XIXe siècle, avec l’établissement du tableau périodique des éléments, le chimiste disposait enfin des briques nécessaires pour transformer la matière. Deux éléments, le silicium et le carbone, vont nous permettre de comprendre comment s’est formée la matière. Le premier, le silicium, a conduit à la formation des roches. La silice et les silicates représentent 90% des minéraux de la croûte terrestre. Le second, le carbone a conduit aux molécules organiques qui ont donné naissance au vivant. Le secret de cette évolution réside dans l’auto-organisation. Les atomes ne sont pas indépendants les uns des autres. Ils s’attirent mutuellement via la liaison chimique et se lient dans l’espace selon des règles bien définies. Ainsi, selon Niels Bohr, les électrons gravitent autour du noyau en se répartissant sur des couches successives. Les électrons qui occupent la dernière couche, dite ‘couche de valence’, jouent un rôle privilégié car ils sont susceptibles d’interagir avec les atomes voisins pour former une liaison chimique. Le silicium, comme le carbone possèdent quatre électrons de valence ce qui les conduit à former quatre liaisons chimiques, d’où la tétravalence caractéristique de ces deux éléments. C’est ainsi que, dans les silicates, l’atome de silicium se lie à quatre atomes d’oxygène. Selon l’enchainement des tétraèdres [SiO4] on obtient des fibres d’amiante, des feuillets d’argile ou des cristaux de quartz. Dans tous les cas, l’enchainement peut se poursuivre à l’infini donnant des solides qui constituent l’essentiel des matériaux que nous utilisons pour élaborer des verres ou des céramiques. Le carbone a un comportement légèrement différent. Il est capable de former des doubles liaisons carbone-carbone. Cela limite le nombre de voisins auxquels il se lie. On passe ainsi du cristal de diamant dans lequel chaque atome de carbone est lié à quatre voisins aux feuillets de graphite dans lesquels il n’en a plus que trois. De nouvelles formes du carbone ont été mises en évidence au cours des dernières décennies ; graphène, nanotubes, fullerène... Toute la richesse de la chimie organique est liée à l’aptitude du carbone à former des doubles ou triples liaisons conduisant ainsi à la formation de molécules plutôt que de solides. C’est toute la richesse de la synthèse organique initiée par Marcelin Berthelot dans son ouvrage La chimie organique fondée sur la synthèse paru en 1860. L’homme enfin avait vaincu la ‘force vitale’ et devenait capable de transformer la matière et même d’en créer de nouvelles formes. Sera-t-il capable de recréer la vie ? C’est là le pari de la ‘biologie de synthèse’ qui a pour objet de synthétiser les molécules du vivant et de les associer pour former une protocellule, première forme de vie sur terre !
[1] Terme savant forgé sur le grec phlogiston « inflammable » et phlox « flamme », pour désigner une hypothétique substance fluide qu’on croyait être constitutive de la chaleur et qui aurait expliqué le phénomène de la combustion. Terme savant forgé sur le grec phlogiston « inflammable » et phlox « flamme », pour désigner une hypothétique substance fluide qu’on croyait être constitutive de la chaleur et qui aurait expliqué le phénomène de la combustion.
Sur le même thème
-
The economic challenges of achieving climate neutrality
PerthuisChristian deChristian de Perthuis, Professor Emeritus at Paris Dauphine University, discusses the economic issues linked to the low-carbon transition in this video.
-
Atténuer le changement climatique : quels défis économiques ?
PerthuisChristian deChristian de Perthuis, professeur émérite à l'université Paris Dauphine, discute dans cette vidéo des enjeux économiques de la transition bas carbone.
-
2 - Introduction aux isotopes - Exemple : le cas du carbone
Nguyen TuThanh ThuyLes isotopes du carbone
-
L'arbre, un allié des cultures dans la transition écologique
Le CadreÉdithÉdith Le Cadre, professeure à l'Institut Agro Rennes-Angers, parle dans cette vidéo de l'intérêt des arbres dans les systèmes agricoles.
-
Le stockage du carbone dans le sol pour lutter contre le changement climatique
DemenoisJulienJulien Demenois, chargé de mission "4 pour 1000" au CIRAD, discute dans cette vidéo de l'intérêt des sols ultramarins pour la lutte contre le changement climatique.
-
La pompe biologique de carbone dans l'océan
LévyMarinaMarina Lévy, directrice de recherche au CNRS, explique dans cette vidéo ce qu'est la pompe biologique de carbone dans l'océan. Elle montre les différentes étapes de ce processus avant d'en évoquer la
-
Le métier d'experte en calcul carbone
BoyeauIsabelleIsabelle Boyeau vous présente son métier d'experte en calcul carbone au sein du groupe Eiffage et elle vous explique comment elle est amenée à travailler dans le cadre du projet d'écoquartier
-
Une mise en évidence expérimentale de transfert de carbone
SeyedRominaPour subvenir à leurs besoins, plantes et champignons ont recours à la symbiose. Afin d'identifier les échanges qui ont lieu entre les deux organismes, des chercheurs effectuent deux expériences pour
-
L’épuisement des ressources et le dérèglement des grands cycles
ViovyNicolasNicolas Viovy, ingénieur au Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), présente dans cette vidéo (8'35) les grandes problématiques liées à la finitude des ressources
-
Réussir à impliquer ses étudiants tout au long du semestre
Pascale Boizumault - Maître de conférence en Chimie à la faculté des Sciences de Lens (Université d'Artois) présente le dispositif qu'elle a mis en place pour impliquer ses étudiants de L1 tout au
-
Maîtriser les esprits animaux de la finance au service de la transition bas carbone
Dans cette vidéo (10'00), Jean-Charles Hourcade, directeur de recherche au CNRS et directeur d’études à l'EHESS, discute de la nécessaire réorientation de l'épargne pour financer la transition bas
-
L'Atome d'hydrogène selon la mécanique quantique (The hydrogen atom as viewed by quantum mechanics)
Description de l'atome conforme à la théorie de la mécanique quantique. Il présente les niveaux d'énergie, ainsi que les raies du spectre de l'atome d'hydrogène et expose les fondements de la théorie