De la flamme de laboratoire au milieu interstellaire : signatures spectrales d'entités aromatiques libres ou assemblées

par Yvain Carpentier

Thèse de doctorat en Terre, océan, espace. Astrophysique

Sous la direction de Philippe Bréchignac et de Thomas Pino.

Soutenue en 2009

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

mots clés

• Matière interstellaire
• Flamme
• Molécules

Résumé

Ce travail de thèse concerne la caractérisation spectroscopique d’espèces carbonées d’intérêt astrophysique. Une flamme plate de pré-mélange permet la production d’espèces aromatiques pertinentes, de la molécule à la particule de solide. L’objectif vise à explorer la contribution de telles particules à différentes signatures astrophysiques telles que les Bandes Aromatiques Infrarouges (AIB) et le « bump » de la courbe d’extinction à 217,5 nm. Cette étude joint l’analyse de la composante gazeuse à celle de la composante solide pour aborder de façon globale le problème du carbone interstellaire et circumstellaire. J’ai caractérisé la composante moléculaire aromatique de la flamme grâce à l’utilisation combinée de la spectrométrie de masse et de la spectroscopie laser REMPI dans l’UV (220 à 330 nm). Cette approche a permis d’identifier dans la flamme une vingtaine de molécules aromatiques, dont la taille est comprise entre le benzène (C6H6) et le méthylpyrène (C17H12) et qui présentent une grande diversité de substituants. Enfin, la composante condensable - très grands PAH et suies - recueillie sous forme de dépôts est analysée par différentes techniques : absorption dans l’UV, spectroscopie infrarouge, spectroscopie Raman et microscopie électronique en transmission. Ces analyses multiples permettent de lier les propriétés spectrales aux propriétés structurales des matériaux et en particulier de caractériser l’organisation des unités aromatiques. L’effet d’irradiations ioniques (200 keV à 100 MeV) sur nos matériaux est étudié et montre une déshydrogénation et une amorphisation progressive de la structure.

Titre traduit

From the laboratory flame to the interstellar medium : spectral signatures of free or assembled aromatic entities

Résumé

The work presented in this thesis deals with the spectroscopic characterization of carbonaceous species of astrophysical interest. A premixed flat flame allows the production of relevant species, from molecules to solid particles. The aim is to explore the contribution of such particles to different astrophysical signatures. This work focuses on the Aromatic Infrared Bands (AIBs) and on the extinction curve bump centered at 217,5 nm. It combines the analysis of the gas component with the solid component to tackle in a global manner the problem of interstellar and circumstellar carbon. I have characterized the aromatic molecular component of the flame in the gas phase thanks to the combined use of mass spectrometry and laser REMPI spectroscopy in the UV (220 to 330 nm). This approach permits about twenty aromatic molecules to be identified in the flame, whose size ranges from benzene (C6H6) to methylpyrene (C17H12) and which show a great diversity of substitutions. The condensable component - from large PAHs to soot - collected on a window has been analyzed by different techniques : absorption in the UV, infrared spectroscopy, Raman spectroscopy and transmission electron microscopy. This multi-analysis permits the spectral properties of the materials to be linked to their structural properties and in particular to the organization of the aromatic units. The transformation of our materials through ion irradiation (200 keV to 100MeV) has been studied. A progressive dehydrogenation and amorphization of the structure was observed.