Etude theorique de la diffusion inelastique des neutrons par l'eau en phase liquide

par Marc Diraison

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de G. TARJUS.

Soutenue en 1994

à Paris 6 .

mots clés

Résumé

L'etude de la dynamique des liquides moleculaires par diffusion inelastique des neutrons a recemment beneficie de l'apport de la technologie des sources par spallations. Des progres experimentaux notables en ont resulte permettant desormais une etude detaillee des mouvements moleculaires. Afin d'expliquer et de reproduire les nouvelles donnees experimentales, nous avons developpe une theorie de la diffusion inelastique incoherente de l'eau en phase liquide. Nous avons procede en trois etapes: tout d'abord, nous avons traite analytiquement et quantiquement les degres de liberte de vibration des molecules d'eau en tenant compte de l'effet des molecules environnantes sur les vibrateurs. Nous avons alors exprime la section efficace differentielle en termes de fonctions de correlation ne dependant plus que des degres de liberte de rotation-translation. Ces fonctions de correlation ont ete calculees analytiquement et semi-classiquement en tenant compte de la relative brievete du temps sur lequel meme les experiences les plus recentes suivent la dynamique des molecules. La comparaison avec les resultats experimentaux permet de determiner l'amplitude moyenne du proton dans les modes de libration, une quantite de premiere importance pour caracteriser la dynamique du proton dans le reseau des liaisons hydrogenes. L'accord avec l'experience est bon. Ces fonctions de correlation ont egalement ete calculees par simulation de dynamique moleculaire de molecules rigides puis corrigees semi-classiquement. Ces simulations ont permis de verifier la validite des hypotheses utilisees dans le traitement analytique. Contrairement aux precedentes etudes utilisant des simulations completement classiques de molecules d'eau flexibles, les spectres numeriques obtenus a partir de l'approche mixte, quantique-classique, que nous proposons sont en accord avec les donnees experimentales

Titre traduit

Inelastic neutron scattering from liquid water: a theoretical study

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