Transferts rotationnels induits par collisions dans les systèmes NH3-H2 et NH3-He

par Hassen Aroui

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Anita Bersellini.

Soutenue en 1989

à Paris 11 .

mots clés

• Absorption infrarouge
• Collision, Ammoniac-Hydrogène
• Collision, Ammoniac-Hélium
• Transfert rotationnel
• Double résonance IR-IR
• Effet d'interférencement
• Effet vibrationnel
• Section efficace d'élargissement par pression
• Excitation rotationnelle
• Calcul semi-classique
• Rayonnement infrarouge
• Gaz -- Absorption et adsorption
• Ammoniac
• Excitation par collisions

Résumé

Nous avons étudié les transferts inélastiques rotationnels induits par collisions dans l'ammoniac perturbé par H₂et He, systèmes d’intérêt astrophysique et fondamental (test du potentiel intermoléculaire). Nous avons mené cette étude par deux méthodes différentes : - Profil de raies d'absorption infrarouge - Double résonance infrarouge-infrarouge résolue dans le temps. La première nous a permis de déterminer les sections efficaces d'élargissement par pression et de couplage intradoublet (très sensible au potentiel intermoléculaire) en fonction du nombre quantique de rotation j et de la température dans la bande v₄et l'état vibrationnel fondamental. Afin de comprendre, d'une part, la différence entre les résultats obtenus en micro-onde et ceux de la bande v₄, et d'autre part pour effectuer une meilleure comparaison entre l'expérience et la théorie, nous avons mesuré des sections efficaces d'élargissement par pression dans l'état vibrationnel fondamental. Les résultats expérimentaux ainsi que les calculs théoriques semi-classiques effectués en collaboration avec G. Billing ont permis d'aboutir aux conclusions suivantes : - Différence entre la collision NH₃- He et NH₃- H₂para. -Mise en évidence d'un effet vibrationnel dans la collision NH₃- H₂ -Rôle de l'excitation rotationnelle de H₂lors de la collision. - Désaccord entre les valeurs expérimentales et théoriques du coefficient de couplage dans la collision NH₃- He. La deuxième méthode consiste à créer une perturbation de populations d'un niveau rotationnel sélectionné à l'aide d'un pulse laser (laser à C0₂TEHP), puis à détecter l'absorption transitoire avec un laser continu (diode laser). Cette étude permet de déterminer les sections efficaces collisionnelles niveau par niveau. En sondant les niveaux voisins du niveau pompé, on pourra déterminer les règles de sélection collisionnelles.

Résumé

We have studied rotational transfer induced by inelastic collision in NH₃perturbed by Hz and He. Their systems have astrophysical and fundamental interests. We have undertaken this study by using two methods: 1) Absorption line-profiles in the infrared. 2) Time resolved infrared-infrared double resonance. The first one allowed to determine pressure broadening (PB) cross sections and intradoublet cross relaxation (CR) cross sections caused by molecular inversion. These last ones are very sensitive to the detail of intermolecular potential. These measurements were done as a function of the rotational quantum number j and the temperature in both range of the v₄ band and of the vibrational ground state. Because of the difference between results obtained in the v₄ band and in the microwave, and in order to obtain a better comparison between measurements and calculations, we have studied the absorption line-profiles in the vibrational ground state. The main results lead to the following conclusions: - PB cross section increases with the vibrational quantum number the NH₃ - He one. - PB cross section for NH₃- H₂ para system are larger than the NH₃ - He one. - It is necessary to take the rotational excitation of H₂ into account. - Good agreement has been obtained between calculated (using a semi-classical method) and measurements for NH₃ - H₂ system. The only remaining discrepancy between theory and experience is then intradoublet CR cross section for the NH₃ - He system; we think that this could be caused by inaccuracies in the NH₃ - He potential. The second method, which is a very sensitive mean to study rotational transfer induced by inelastic collision, consist of pumping the v₂ band of NH₃ with an infrared pulse TEHP C0₂ laser in order to create a non-equilibrium population in specific rotational quantum state. This state as well as others subsequently populated by collision induced transition is monitored by diode laser tuned on the v₄ band. This study permit to determine the inelastic cross-section for every level and the collisional selection rules.