Analyse théorique et expérimentale du profil de raies spectrales pour le diagnostic optique d'espèces d'intérêt atmosphérique : de la molécule linéaire à la toupie asymétrique

par Thi Thuy Linh Nguyen

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Buldyreva, Jeanna.

Soutenue en 2006

à Besançon , en partenariat avec Université de Franche-Comté. UFR des sciences et techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Ce travail est consacré à l’analyse de profils de raies spectrales de molécules d’intérêt atmosphérique dans le but d’application au diagnostic optique des atmosphères terrestre et planétaires. Plus particulièrement, notre étude théorique et expérimentale porte sur l’élargissement collisionnel de ces raies à des températures variées. L’ajustement des formes de raies expérimentales de N2O (502 et 602 GHz) et de HC15N (172 GHz) en collision avec différents perturbateurs montre un échec complet du modèle de profil de Voigt pour la description de ces formes ainsi que pour la déduction des largeurs collisionnelles. Deux autres modèles de profil plus avancés, ceux de Galatry et de Voigt dépendant des vitesses, décrivent correctement ces formes de raies et donnent les largeurs collisionnelles très proches ; l’analyse des paramètres de rétrécissement correspondants témoigne cependant en faveur du dernier modèle. L’aspect théorique de ce travail se focalise sur la modélisation de l’élargissement collisionnel par le formalisme semi-classique de Robert-Bonamy avec la trajectoire exacte. Pour les systèmes de petites molécules linéaires, telles que N2O-N2(O2), ce formalisme s’avère bien adapté, tandis que, pour une molécule active longue C2H2, il conduit aux résultats beaucoup moins suffisants. Des testes supplémentaires réalisés sur les systèmes-modèles C2H2-Ar et C2H2-He avec une méthode alternative – approche purement classique de Gordon – montrent le rôle important du couplage roto-translationnel ayant lieu durant les collisions et permettent d’attribuer le désaccord des résultats semi-classiques avec l’expérience à la non prise en compte de ce couplage dans le cadre des approches semi-classiques. Suite aux applications à des systèmes de molécules linéaires, le formalisme semi-classique de Robert-Bonamy avec la trajectoire exacte est généralisé au cas des toupies asymétriques et appliqué à la simulation des coefficients d’élargissement de raies d’absorption infrarouge de C2H4-N2 à la température ambiante. Le bon accord des valeurs théoriques avec les mesures expérimentales permet de valider cette approche généralisée et de la considérer comme un outil de calcul performant pour les molécules si complexes que les toupies asymétriques.

  • Titre traduit

    Theoretical and experimental analysis of spectral line profiles forthe optical diagnostic of atmospheric species : from the linear molecule to the asymmetric top


  • Résumé

    This work is devoted to the analysis of the spectral line profiles of some molecules of atmospheric interest, with the aim of application to the optical diagnostic of the Earth’s and planetary atmospheres. More precisely, our theoretical and experimental study concerns the collisional broadening of these lines at various temperatures. Fits of the experimental lineshapes of N2O (502 et 602 GHz) and HC15N (172 GHz) colliding with various perturbers show a failure of the Voigt profile model for the description of these lineshapes as well as for the extraction of the collisional broadening. Two others profile models, the model of Galatry and the Speed-dependent Voigt profile, describe correctly the lineshapes and give very close collisional linewidth values; the analysis of the corresponding narrowing parameters is however clearly more favourable for the later model. The theoretical part of this work is focused on the simulation of the collisional line broadening by the semi-classical Robert-Bonamy formalism with exact trajectories. For the systems of small molecules like N2O-N2(O2), this formalism appears to be very efficient whereas for a long active molecule C2H2 it leads to much less sufficient results. Additional tests realised for the probe systems C2H2-Ar and C2H2-He with an alternative method – the purely classical approach of Gordon show a very important role of the rototranslational coupling taking place during molecular collisions and allow to attribute the disagreement of the semi-classical results with experience to the non-taking into account of this coupling in the framework of semi-classical approaches. After the applications to systems of linear molecules, the semi-classical formalism of Robert and Bonamy with exact trajectory is generalized to the case of asymmetric tops and applied to the simulation of infrared absorption linebroadening coefficients of C2H4-N2 at room temperature. The good agreement of theoretical and experimental values allows to justify this generalized approach and to consider it as a powerful computational tool for so complex molecules as asymmetric tops.

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  • Détails : 1 vol. (107 p.)
  • Annexes : Bibliographie p. 115-120

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  • Cote : SCI.BESA.2006.17

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