Etude expérimentale et théorique des spectres d'émission et d'absorption VUV des molécules H2, D2 et HD

par Mourad Roudjane

Thèse de doctorat en Physique atomique et moléculaire

Sous la direction de Wan-Ü Lydia Tchang-Brillet.

Soutenue en 2007

à Paris 6 .

  • Titre traduit

    Experimental and theoretical studies of absorption and emission VUV spectra of H2, HD and D2 molecules


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    Les molécules H2, HD et D2 occupent une place fondamentale en physique moléculaire, en astrophysique et en physique des plasmas. H2 est la molécule la plus abondante dans l'univers. Les récentes observations à haute résolution des transitions VUV de cette molécule et de son isotope HD ont été effectuées par le satellite FUSE dans le domaine 90. 5-118. 7 nm. Ces observations permettent de déterminer le rapport d'intensité des raies HD/H2 , considéré comme un outil nouveau pour évaluer le rapport d'abondance D/H connu pour être un traceur fiable de l'évolution chimique de l'Univers. Par ailleurs, les molécules H2, HD et D2 sont formées dans le plasma de bord des tokamaks et contribuent aux pertes radiatives du milieu. Par conséquent, il est indispensable de disposer de données spectroscopiques de haute qualité obtenues en laboratoire pour identifier les raies de ces molécules. Dans notre laboratoire, une étude expérimentale du spectre d'émission VUV de H2 a déjà été effectuée à haute résolution conduisant à la réalisation d'un atlas VUV. L'objectif de cette thèse est de fournir des données spectroscopiques de haute précision sur les molécules D2 et HD, et étudier les états électroniques excités des molécules D2 et HD à partir des spectres d'émission et d'absorption VUV. Les spectres d'émission des molécules HD et D2 sont produits par une source à décharge Penning opérant sous faible pression, et sont enregistrés dans le région spectrale 78 -170 nm à l'aide du spectrographe de 10 mètres VUV à haute résolution (~150 000) de l'Observatoire de Meudon sur des plaques photographiques, et sur des écrans phosphore photostimulable pour mesure d'intensité. Les spectres enregistrés contiennent plus de 20 000 raies. Les longueurs d'onde sont mesurées avec une précision de Δλ/λ= 10-6. Les raies spectrales des molécules D2 et H2 étant présentes dans le spectre de HD. L'analyse du spectre de D2 constitue une première étape inévitable dans l'étude du spectre de HD. L'analyse spectrale consiste à identifier l'ensemble des longueurs d'onde VUV des raies moléculaires en les attribuant aux transitions électroniques de la molécule. La présente analyse s'appuie sur nos calculs théoriques des niveaux d'énergie ro-vibrationnels et des probabilités de transition à partir des niveaux excités vers les énergies de l'état fondamental. Pour tenir compte des couplages non-adiabatiques entre les différents états, ces résultats théoriques sont obtenus à partir de la résolution des équations couplées entre les états électroniques excités B1Σ+u, B'1Σ+u, C1Πu et D1Πu , et sont obtenus dans l'approximation adiabatique pour les états électroniques excités B''B1Σ+u , D'1Πu et D'' 1Πu. La résolution de ces équations est faite par une méthode moderne basée sur la discrétisation de variables (DVR). Les spectres moléculaires enregistrés sont semblables aux spectres d'atomes complexes. L'originalité de notre démarche est d'avoir utiliser un outil d'analyse spectral développé pour les spectres atomiques complexe. Cet outil nous permet d'identifier les raies moléculaires, de trouver les niveaux d'énergie ro-vibrationnels correspondants et d'optimiser leurs valeurs. Nous avons mesuré par spectroscopie laser à deux photons 1XUV+1UV, de nouvelles longueurs d'onde de raies des molécule HD et D2 avec une précision inégalée de Δλ/λ= 10-8 dans le domaine spectral 99. 9 -104 nm. Ces nouvelles longueurs d'ondes constitueront une base de données de raies de référence pour la calibration des spectres moléculaire et pour l'astrophysique. Les nouvelles raies de HD mesurées par spectroscopie laser XUV, ainsi que les raies de H2 déjà mesurées, seront utilisées dans l'étude de la possible variation cosmologique du rapport de masse proton-électron μ=mp/me. Cette étude est possible à partir d'une comparaison précise des longueurs d’onde de raies d’hydrogène moléculaire (H2 ou HD) observées dans les spectres d’absorption dans l’UV lointain de quasars avec celles obtenues en laboratoire. Cependant cette étude nécessite un calcul théorique des coefficients de sensibilité des longueurs d'onde par rapport à la possible variation de μ. Nos calculs sont basé sur la résolution d'un système d'équations couplées pour les états électroniques B, B', C et D de la molécule H2 et HD pour diverses valeurs de μ. Durant ce travail de thèse, nous avons effectué une étude quantique du satellite quasi-moléculaire de la raie Lyman β formé lors de la collision H-H, en impliquant des transitions entre états libres-libres et états libres-liés. Dans ce travail nous avons calculé le coefficient d'absorption de la raie en fonction de la température. Ce coefficient est important dans la détermination des caractéristiques des naines blanches, et dans l'étude de l'opacité du milieu interstellaire.

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Informations

  • Détails : 1 vol. [9]-270 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 137-140. 180 réf. bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Biologie-Chimie-Physique Recherche.
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  • Cote : T Paris 6 2007 504
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