Structures stationnaires de réaction-diffusion : derniers développements et comment les construire expérimentalement

Patrick DE KEPPER

CRPP, Bordeaux


En 1952 le mathématicien Britanique Alan Turing prévoyait théoriquement le développement spontané de structures périodiques stationnaires du champ de concentration dans un mélange réactionnel initialement homogène sous le seul effet du couplage entre processus cinétique non-linéaire et transport diffusif des espèces en solution. La première mise en évidence d'une telle structure n'a eu lieu qu'en 1990, au cours de nos travaux avec la réaction d'oxydo-reduction chlorite-iodure-acide malonique (CIMA). Cette réaction bien comprise et maitrisée par de nombreux groupe est devenue la référence dans le domaine. Peu de temps après cette première découverte une autre réaction, la réaction à auto-catalyse acide ferrocyanure-iodate-sulfite (FIS), à aussi donné naissance à des structures stationnaire mais à travers l'interaction répulsive de fronts d'activité chimique, un autre mécanisme que celui proposé par Turing. Les processus physico-chimiques qui ont rendu cela possible dans cette réaction sont resté longtemps mystérieux et les observations non reproductibles.

Jusqu'à ce que nous développions une méthode semi-empirique pour produire des structures stationnaires dans des réactions différentes, en 2009, aucun nouveau système chimique en simple solution n'en avait produit . Cette méthode s'appuie sur le phénomène de bistabilité spatiale obtenus dans des réacteurs spatiaux ouverts alimentés par une face (OSFR), la maitrise de processus chimiques rétroactifs qui se traduisent au niveau des diagrammes d'état de la dynamique du système par une « topologies croisés » et la réduction sélective de la diffusion d'une des variables chimiques contrôlant le processus auto activateur. La méthode, mise au point pour réinterpréter et reproduire les observations anciennes de la réaction FIS, nous a conduit à découvrir un deuxième exemple de réaction développant une structure stationnaire « à la Turing », 20 ans après la première. Nous discutons ces différentes étapes au cours de cet exposé.


                                                                                                                                                                                                                                               

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