Réactivité des anions moléculaires en phase gazeuse à basse température : application à la chimie des environnements astrophysiques

par Ahmad Mortada

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Ludovic Biennier.

Thèses en préparation à Rennes 1 , dans le cadre de Matière, Molécules et Matériaux , en partenariat avec INSTITUT DE PHYSIQUE de RENNES (equipe de recherche) depuis le 11-10-2018 .


  • Résumé

    Parmi les nombreuses espèces moléculaires observées dans différents environnements astrophysiques froids, tels que les nuages moléculaires, les enveloppes circumstellaires ou encore les atmosphères planétaires, la détection récente des anions a conduit à une remise en cause profonde de notre compréhension de la physico-chimie de ces milieux extrêmes. Un des défis associé à la modélisation des processus réactionnels qui règnent dans ces milieux est la reproduction des abondances observées des espèces détectées en particulier pour les anions de type CxH⁻ et CxN⁻. Indispensables à cette modélisation, les données de laboratoire sur la réactivité des espèces chargées négativement font cependant cruellement défaut : on compte moins d’une dizaine de mesures portant sur la cinétique en phase gazeuse des anions aux basses températures. C’est notamment les difficultés de production et de manipulation des anions moléculaires froids qui explique cette absence de données. C’est dans ce contexte que l’axe « Astrophysique de Laboratoire » du Département Physique Moléculaire s’est engagé dans l’exploration de la réactivité en phase gazeuse et à basse température (jusqu’à 36 K) de petits anions moléculaires d’intérêt astrophysique. Notre savoir-faire pour réaliser des mesures de cinétique dans des écoulements de gaz froids (technique CRESU) nous a permis de publier récemment des données sur la réactivité des anions CN⁻, C3N⁻, C5N⁻ avec HC3N et HCOOH . Encouragés par ces résultats, nous avons récemment implanté sur notre caisson expérimental CRESU un prototype de source d’ions sélective en masse. Ce dispositif innovant et unique rend possible l’étude de la réactivité d’une grande variété d’espèces moléculaires, comme les anions de type Cx⁻ et CxHy⁻ pour lesquels il n’existe à ce jour que très peu de données expérimentales, y compris à température ambiante.

  • Titre traduit

    Molecular anion reactivity in the gas phase at low temperature : application to the chemistry of astrophysical environments .


  • Résumé

    Among the observed molecular species in the various cold astrophysical environments, such as molecular clouds, circumstellar envelops or planetary atmospheres, the recent detection of several anions has led to a radical rethink of the physical and chemical processes at play in these extreme environments. One of the challenges of modelling the reactional processes that prevail in these media is to reproduce the observed abundances of the detected species especially for the anions such as CxH⁻ and CxN⁻. Essential to this modeling, laboratory data on the reactivity of negatively charged species are however sorely lacking: there are less than a dozen measurements on the kinetics in the gaseous phase of anions at low temperatures. In particular, the difficulties of producing and handling cold molecular anions explain this lack of data. In this context, the “Laboratory Astrophysics” group of the Molecular Physics Department has engaged in the exploration of the gas phase reactivity at low temperature (down to 36K) of various small astrophysical molecular anions. Our expertise to perform kinetic measurements in cold gas flows (CRESU method) has led us to publish recently on the CN⁻, C3N⁻, C5N⁻ reactivity with HC3N and HCOOH polar molecules . Encouraged by these results, we have upgraded the CRESU experimental set-up with a Mass Selective Ion Source prototype. This innovative and unique source makes possible the study of the reactivity of various molecular anions, such as Cx⁻ and CxHy⁻, for which there is as yet very little experimental data, including at room temperature.