Le ferrocène Fe(C₅H₅)₂ est un composé organométallique stable, qui présente une structure « en sandwich », avec un atome de fer entouré de deux cycles C₅H₅. Il intéresse non seulement les chimistes, mais aussi les biologistes, les médecins ou les astrochimistes, pour qui cette molécule est un composé du fer modèle.

Ces derniers suspectent la formation de ferrocène dans le « vide » des milieux interstellaires : ils ont notamment relevé la présence de cations Fe⁺ et de cycles cyclopentadiényles C₅H₅^- qui ont pu s'agréger pour former du ferrocène Fe(C₅H₅)₂. Dans ces environnements très peu denses, il peut en effet se produire de « rares » réactions chimiques, notamment sous l'effet du rayonnement cosmique, porteur d'ions massifs accélérés. Si ces ions sont rares, ils sont très efficaces pour fragmenter de grosses molécules.

Explorer les différentes voies de fragmentation

Pour progresser dans la compréhension de ce type de réactions chimiques en milieu très dilué, les chercheurs de l'Iramis (Cimap) et leurs partenaires espagnols ont choisi d'explorer les différentes voies de fragmentation du ferrocène, à l'aide de simulations et d'expériences auprès de l'infrastructure ARIBE du Ganil, à Caen.

Ils ont observé, par spectrométrie de masse en coïncidence, la dissociation du ferrocène induite par collision avec des ions xénon (Xe²⁰⁺) accélérés à 300 keV. Résultat : l'impact des ions produit transitoirement du ferrocène simplement et doublement chargé (par échange de charge entre l'ion et le ferrocène). L'analyse des coïncidences entre les fragments formés, notamment FeC₅H_x⁺ et C₁₀H₁₀⁺, révèle un état excité à longue durée de vie du ferrocène, conduisant à la métastabilité du cation ferrocène doublement chargé et à une dynamique de fragmentation spécifique.

Ces résultats, combinés à une modélisation réalisée par l'Université de Madrid, fournissent un panorama très complet des réactions de fragmentation consécutives à un impact ionique, en milieu très dilué. Il reste à établir le lien possible entre cet ensemble de données fondamentales et les observations spatiales.