Diversité structurale des agrégats de carbone et d'hydrogène, implications pour les porteurs des Bandes Aromatiques Infrarouges

par Maëlle Bonnin

Projet de thèse en Lasers, molécules, rayonnement atmosphérique


Sous la direction de Pascal Parneix et de Thomas Pino.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Ondes et Matière , en partenariat avec Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay (laboratoire) , Systèmes moléculaires, Astrophysique et Environnement (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 15-10-2014 .


  • Résumé

    L'émission IR de nombreuses lignes de visée dans le milieu interstellaire (ISM) présente des bandes d'émission appelées AIBs, habituellement attribuées aux hydrocarbures aromatiques polycyliques (PAHs). Identifier les porteurs des AIBs permettrait une meilleure compréhension de l'évolution de la matière carbonée dans l'ISM. Le but est ici de pouvoir comparer les AIBs avec des spectres IR théoriques et expérimentaux de nanoparticules hydrocarbonées. Le travail réalisé ici a porté sur l'analyse structurale de ces systèmes. Des systèmes moléculaires désordonnés contenant de 24 à 60 atomes de carbone sont générés par des simulations Monte Carlo par échange de répliques à l'aide du potentiel réactif empirique AIREBO. Après minimisation de leur énergie potentielle, les structures ainsi créées sont caractérisées à l'aide de divers paramètres d'ordre. L'évolution de l'organisation structurale est analysée en fonction de la taille et de la composition chimique (rapport C/H) des systèmes. Les structures obtenues présentent une grande diversité. L'étude statistique des différents paramètres d'ordre permet de mettre en évidence des tendances. La forme globale prise par les agrégats dépend de leur taille. Les atomes d'hydrogène, souvent périphériques sur les structures de type cage, favorisent un degré d'organisation plus fort. Le calcul des spectres IR de ces structures sera réalisé dans le futur. Pour obtenir des spectres expérimentaux de nanoparticules hydrocarbonées en phase gaseuse, le développement du spectromètre en émission IR FIREFLY a été poursuivi et FIREFLY a été couplé avec une source de nanoparticules. Ces développements permettront bientôt de mesurer les spectres expérimentaux des systèmes d'intérêt.

  • Titre traduit

    Structural diversity of carbon and hydrogen clusters, implications for the Aromatic Infrared Bands carriers


  • Résumé

    The mid-IR emission of many lines of sight in the Interstellar Medium (ISM) displays Aromatic Infrared Bands (AIBs) commonly attributed to Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs). Identifying AIB carriers would allow for a clearer view of carbon matter evolution in the ISM. We intend to compare AIBs with theoretically derived and expermentally obtained IR spectra of hydrocarbon nanoparticles. The work done here focused on the structural analysis of such systems. Disordered molecular systems containing 24 to 60 C-atoms are generated by multi-tempering Monte Carlo simulations using the empirical potential AIREBO. After quenching the potential energy, the created structures are characterized with various order parameters. The evolution of the structural organization is analyzed as a function size and chemical composition (C/H ratio) of the systems. Generated structures display a great diversity, The statistical study of the order parameters shows tendancies. The global shape of the clusters depends on their size. H-atoms, often found on the edges of cage-like structures, favour a higher degree of organization. The calculation of IR spectra for those structures will be done in the future. To obtain experimental spectra of gas-phase hydrocarbon nanoparticles, the development of the IR emission spectrometer FIREFLY was continued. FIREFLY was coupled with a source of nanoparticles. Thoses developments will soon allow to measure experimental spectra of the molecular systems of interest.