C'est pas sorcier
L'eau dans l'espace
L'eau : un élément vital...
► Nous savons maintenant que l'eau permettrait à l'humanité de voyager à travers le système solaire... Mais un autre point peut être mis en valeur : nous sommes des êtres vivants qui dépendent de l'eau. Nous pouvons donc imaginer qu'il peut y avoir des astres ou l'eau est apparue et où la vie a pu s'implanter. Quelles sont les propriétés de l'eau qui font d'elle un élément vital ?
Interessons nous d'abord à la forme de la molécule d'eau. Nous en avons déjà parlé : l'eau, c'est un atome d'oxygène combiné avec deux atomes d'hydrogène. Or, si les atomes sont liés, cela est dû à leur énergie (positive ou négative (voir illustration A). Les protons possèdent une énergie positive, les neutrons une énergie neutre et les électrons une énergie négative. L'atome d'oxygène possède 8 protons donc 8 électrons quand il est stable (illustration B). De même, l'hydrogène stable ne possède q'un proton et donc un électron.
Le problème : les atomes possèdent des couches où les électrons se situent : K, L et M. La première couche, K, est saturée quand elle possède deux électrons. Pour la couche L, c'est avec 8 électrons et M avec 18 (illustration C). Le but de chaque atome dont le nombre atomique est en dessous de 18 (dont le nombre de protons dans le noyau est inférieur à 18 si vous préférez), est d'avoir la dernière couche électronique saturée avec des électrons.
L'hydrogène, de couche K=1, veut donc obtenir un électron pour obtenir une couche (K)2, et l'oxygène, de composition (K)2 (L)6, deux électrons pour avoir 8 électrons à la couche L. Une fois en contact, l'hydrogène et l'oxygène prêtent leurs électrons présents dans la couche de valence (la plus éloignée du noyau). Ainsi les deux atomes d'hydrogène mettent leur électron pour que l'oxygène possède 8 électrons et l'oxygène en met deux en commun en échange, c'est un doublet d'électrons. C'est ce qu'on appelle une liaison covalente. Les atomes d'hydrogène ont un caractère électropositif, et l'atome central d'oxygène a un caractère électronégatif grâce à la formation de la molécule. Ceci permet de qualifier la molécule d'eau de dipôle (elle a un atome de pôle - et deux atomes de pôle +). Ainsi, des liaisons électrostatiques se forment entre les molécules d'eau et des lisaisons covalentes peuvent se former avec d'autres éléments.
Ci-dessus, le schéma de la création liaison covalente entre l'hydrogène et l'oxygène.
Ci-contre, le schéma expliquant la liaison entre les molécules d'eau.
Mais l'eau dans une bouteille, ce n'est pas une seule molécule qui prend toute la place ! Si l'eau est liquide à une certaine pression et température, c'est grâce aux liaisons electrostatiques entre ses molécules. La molécule est un dipôle du fait que l'oxygène de la molécule est plus électronégatif que les atomes d'hydrogènes. Pour faire simple, sa charge électrique dû à l'excédent d'électron est plus négatif que celle des atomes d'hydrogène. L'hydrogène a une charge δ+ et l'oxygène une charge δ-. Ainsi, comme des aimants, les molécules d'eau s'associent, et l'oxygène d'une autre molécule d'eau de charge δ- peut être attiré par l'atome d'hydrogène de charge δ+.
► D'accord... Mais où est le rapport avec la vie ? Et bien toutes ses explications vont vous permettre de comprendre les interactions de l'eau qui font d'elle un élément important pour les êtres vivants.
Grâce à cette disposition de la molécule, l'eau est considérée comme un solvant dit "protique" polaire. Pour faire simple, grâce à la polarité de la molécule, des liaisons peuvent se former entre d'autres éléments et la molécule d'eau. Ainsi, des molécules hydrophobes et hydrophiles peuvent réagir avec l'eau. Une molécule hydrophile va, par exemple, créer une liaison hydrogène avec la molécule d'eau et se mélanger dans de l'eau. La molécule hydrophile se dissout. A l'inverse, un composé hydrophobe ne pourra pas créer de liaison hydrogène et se dissoudre. Cela permet notament à l'eau de déplacer des éléments au sein de la cellule.
Par exemple, il existe des molécules dite "tensioactives" qui sont formée d'une tête hydrophile et d'une queue hydrophobe. Ces dernières permettent de former des sortes de membranes... Notament celles de la cellule !
Sur le schéma α), une vue sur la composition moléculaire de la membrane cellulaire. Sur le schéma ß), vue sur la composition des phospholipides (rôle expliqué par la suite). Sur la représentation schématique D, le chiffre 1 correspond à la tête hydrophile et le 2 aux queues hydrophobe.
Les schémas ci-dessus vous permettent de mieux visualiser l'exemple... Les molécules peuvent avoir des caractéristiques qui font qu'elles peuvent être hydrophobes ou hydrophiles.
Dans le cas des membranes cellulaires, des molécules possédant ces deux caractéristiques forment la membrane. Ce sont les phospholipides (schéma α). Ces dernières peuvent avoir une composition différente selon leurs utilitées mais elles gardent le même principe de fonctionnement. Une molécule phospholipidique possède une tête hydrophile et une ou plusieurs queues hydrophobes. Ces queues hydrophobes sont lipophiles chez les phospholipides, elles sont attirées par les lipides.
Ces caractéristiques lui permettent de pouvoir se déplacer dans la cellule, grâce à l'eau et aux divers fluides, et former des membranes de trois formes différentes (schéma δ). Ces dernières permettront la formation de la membrane des organites dans la cellule, qui assureront diverses tâches, telle que la respiration cellulaire pour les mitochondries, ou encore la fabrication de chlorophylle dans les chloroplastes chez les plantes. Mais cela n'est qu'un exemple parmi tant d'autre sur l'utilité de l'eau dans un organisme !
L'eau se retrouve ainsi dans la solution acqueuse qui compose l'intérieur de la cellule et qui est sa véritable structure. Grâce aux molécule hydrophobes ou hydrophiles, les molécules d'eau permettent de créer une dynamique au sein de la cellule. Elle permet le déplacement de certaines molécules ainsi que des réactions qui permettent de synthétiser des éléments. Chez les plantes, c'est par exemple l'eau qui permet la synthétisation de glucides avec le dioxyde de carbone, lors de la photosynthèse.
L'eau et la vie, d'accord... Mais, l'espace dans tout ça ?
Si nous envoyons des sondes spatiales dans notre système solaire, si nous observons le ciel et analysons les comètes, c'est en partie pour chercher des signes de vie. L'eau est l'élément essentiel à la vie, selon la seule forme que nous connaissons actuellement. Nous nous tournons ainsi vers la recherche de l'eau pour trouver des organismes extraterrestres (ne serait-ce que des bactéries), pour avoir la preuve qu'une vie extraterrestre est possible. Pour avoir de la vie, il faut de l'eau, du carbone et de l'énergie. L'énergie existe sous différentes formes... Sur terre, les plantes ont besoin d'énergie lumineuse. Mais, si nous prenons l'exemple du satellite Europe, on peut supposer que l'énergie thermique due à l'effet de marée avec Jupiter pourrait subvenir aux besoins de bactéries ou d'autres forme de vie.
En plus d'être une ressource pour les futurs explorateurs de l'espace, l'eau peut être une des pistes de la recherche de la vie. Même si des études montrent que la vie pourrait exister avec une autre molécule que l'eau, cette recherche permet aussi de savoir d'où nous venons. Imaginez juste trouver des bactéries sur une comète ou sur un astéroïde... Cela nous prouverait que nous sommes certainement originaires, tout comme l'eau dans notre bouteille, de l'espace. La première cellule terrienne puiserait peut-être son origine du ciel au-dessus de nos têtes d'êtres multicellulaires. Nous sommes des êtres issus de l'évolution d'une cellule qui s'est formée sur Terre, ou dans le ciel. Alors fouiller le système solaire et l'une des solutions pour savoir d'où nous venons et nous permet de mieux comprendre le monde qui nous entoure.