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erAstrochimie Expérimentale - 1 sujet - Information : Ian SIMS - [e-mail] Tél. [phone] Laboratoire : UMR 6627 - PALMS : Equipe d’Astrochimie Expérimentale - Université de Rennes 1 Adresse du laboratoire : Bat. 11c – Campus de Beaulieu – 35042 Rennes Cedex – France Web : http://www.palms.univ-rennes1.fr/ASTROEXP/ Tél [phone] - Fax [phone] Directeur du Laboratoire : Guy JEZEQUEL – [e-mail] Directeur d’équipe : Bertrand ROWE – [e-mail] Sujet de thèse : Laboratoire d’astrochimie – Collisions atomiques et moléculaires en conditions extrêmes. Introduction L’astrochimie, qui consiste à comprendre à la fois la synthèse des molécules et des grains dans l’espace, de sorte à prédire leurs abondances, et leur comportement physique et chimique, représente un défi scientifique majeur. Elle est aussi d’une importance vitale pour l’astrophysique. En effet, les molécules jouent un rôle majeur non seulement pour cartographier l’Univers, via les observations astronomiques de leurs émissions, mais aussi parce qu’elles sont des agents de refroidissement essentiels lors du processus de formation des étoiles. Les environnements astrophysiques présentent une très grande variété de conditions exotiques, leur température par exemple, allant pratiquement du zéro absolu à quelques milliers de kelvins. La spécialité de notre groupe est d’utiliser des méthodes reposant sur des réacteurs en ...

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Extrait

Astrochimie Expérimentale

- 1

er

sujet -

Information : Ian SIMS - [e-mail] Tél. [phone]

Laboratoire :

UMR 6627 - PALMS : Equipe d’Astrochimie Expérimentale -

Université de Rennes 1

Adresse du laboratoire : Bat. 11c – Campus de Beaulieu – 35042 Rennes Cedex – France

Web :

http://www.palms.univ-rennes1.fr/ASTROEXP/

Tél [phone] - Fax [phone]

Directeur du Laboratoire :

Guy JEZEQUEL –

[e-mail]

Directeur d’équipe

: Bertrand ROWE –

[e-mail]

Sujet de thèse :

Laboratoire d’astrochimie – Collisions atomiques et moléculaires en conditions

extrêmes.

Introduction

L’astrochimie, qui consiste à comprendre à la fois la synthèse des molécules et des grains dans l’espace, de sorte

à prédire leurs abondances, et leur comportement physique et chimique, représente un défi scientifique majeur. Elle

est aussi d’une importance vitale pour l’astrophysique. En effet, les molécules jouent un rôle majeur non seulement

pour cartographier l’Univers, via les observations astronomiques de leurs émissions, mais aussi parce qu’elles sont

des agents de refroidissement essentiels lors du processus de formation des étoiles. Les environnements

astrophysiques présentent une très grande variété de conditions exotiques, leur température par exemple, allant

pratiquement du zéro absolu à quelques milliers de kelvins. La spécialité de notre groupe est d’utiliser des

méthodes reposant sur des réacteurs en écoulement fournissant des conditions extrêmes, telle la technique

CRESU (Cinétique de Réaction en Ecoulement Supersonique Uniforme) utilisée pour l’étude de réactions

chimiques et du transfert d’énergie par collisions jusqu’à 7 K, qui a reçu l’un des premiers Prix Descartes décernés

par l’Union Européenne en l’an 2000. Nous combinons cette technique avec des techniques lasers de haute

technologie pour initier et sonder les processus réactifs ou inélastiques dans des écoulements supersoniques, en

utilisant une variété exceptionnelle de lasers pulsés ou continus qui sont en notre possession. L’expérience que

l’étudiant acquerra durant sa thèse dans les domaines de l’aérodynamique, des techniques lasers et de la chimie

physique sera applicable non seulement pour d’autres sujets de recherche académiques mais aussi en science

appliquée ou en ingénierie, lui fournissant une excellente base pour une future carrière dans la recherche

académique ou industrielle.

Thèmes de recherche

Il est prévu de développer trois nouveaux domaines :

(i) Réactions et relaxation de radicaux atomiques :

Les réactions impliquant des radicaux atomiques ont un intérêt fondamental, en raison de leur relative simplicité,

mais ont aussi une très grande importance potentielle dans les environnements extrêmement froids rencontrés

dans les nuages interstellaires denses où leur abondance est encore élevée. Des atomes très réactifs comme le

carbone (C

3

P) sont supposés jouer un rôle majeur dans la synthèse chimique interstellaire en formant des chaînes

carbonées via des réactions d’insertion et d’élimination successives. Des réactions importantes à basse

température impliquant le carbone ou d’autres atomes comme N, P, O et H seront étudiées par la technique de

Photolyse par Laser Pulsé (PLP) – Fluorescence Induite par Laser (FIL) dans l’ultraviolet du vide (VUV). La

relaxation (transfert d’énergie) des états de spin-orbite de ces atomes par collisions avec He ou

H

2

à très basse

température sont aussi d’une grande importance en astrophysique et seront étudiés par les mêmes techniques.

(ii) Rapports de branchement des produits de réactions d’intérêt astrochimique :

Toute réaction chimique, aussi simple soit-elle, peut former différents jeux de produits. Ce que l’on appelle les

rapports de branchement entre les différentes possibilités, sont très difficiles à mesurer en utilisant les méthodes

courantes, et pratiquement aucune mesure n’a été faite en dessous de la température ambiante à ce jour. Or, sans

cette information les données actuelles ne peuvent être utilisées pour modéliser les environnements chimiques

complexes tels que le milieu interstellaire ou les atmosphères planétaires. Nous avons l’intention de faire les

premières déterminations de rapports de branchement pour des réactions bimoléculaires en dessous de 200 K et

jusqu’à 10 K en utilisant une technique de

« réaction de référence » impliquant des réactions produisant des

espèces atomiques dans une de leurs voies de sortie (avec détection par FIL dans le VUV).

(iii) Vitesses de transfert d’énergie rotationnelle pour des atomes et des molécules interstellaires clés :

Un troisième domaine qui sera exploré est celui du transfert d’énergie rotationnelle à des températures pertinentes

pour l’astrophysique. Les intensités relatives des émissions micro-ondes venant des différents états rotationnels de

CO et NH

3

, molécules présentes dans les nuages, permettent de déterminer la température de ces nuages.

Autrement dit CO et NH

3

sont utilisées comme des thermomètres pour ces environnements. Or on ne connaît que

peu d’informations sur la manière dont l’énergie est transférée par collision avec H

2

(l’espèce majoritaire) aux très

basses températures prévalant dans ces nuages. Nous avons développé un nouvel écoulement supersonique

d’hydrogène moléculaire pur dont la température est inférieure à

10 K. En utilisant des lasers accordables dans

l’infra-rouge et l’ultraviolet du vide, nous avons l’intention d’étudier ces systèmes ainsi que d’autres d’intérêt

astrophysique, tel le système fondamental H

2

-H

2

.

Directeurs de thèse

Ian SIMS

E. mail :

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Sébastien LE PICARD

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