Photolyse du méthane, application à l'athmosphère de Titan

par Béranger Gans

Thèse de doctorat en Chimie. Chimie - Physique

Sous la direction de Dolorès Gauyacq.

Soutenue en 2010

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

mots clés

• Radical méthyle CH3
• Radical méthylène CH2
• Rapport de branchement
• Section efficace de photoionisation
• Photoionisation

Résumé

Le méthane est la deuxième espèce la plus abondante de l'atmosphère de Titan, plus gros satellite de Saturne. Sa photolyse dans l'Ultra-Violet du Vide (VUV) est une des étapes primaires de la photochimie très active de cette atmosphère. Le but de ce travail de thèse est de déterminer les rapports de branchement des voies de dissociation du méthane afin de fournir aux planétologues des données fiables pour les modèles. La stratégie expérimentale choisie consiste à sonder les fragments hydrocarbonés issus de la photolyse VUV de CH4 par spectrométrie de masse. Cette détection nécessite la photoionisation des produits de photolyse et ne peut conduire à une analyse quantitative que si les sections efficaces absolues de photoionisation sont connues. Dans une première étape, les sections efficaces de photoionisation des radicaux CH3 et CH2, avec ou sans énergie interne, ont été déterminées en combinant lasers VUV, rayonnement synchrotron (ligne DESIRS, SOLEIL) et/ou données théoriques. La photolyse du méthane a ensuite été étudiée par des expériences pompe-sonde avec deux photons VUV (121,6 nm ou 118,2 nm) au Centre Laser de l'Université Paris-Sud, le premier photon servant à dissocier CH4 et le second à ioniser CH2 et CH3. Ces expériences ont permis de déduire un jeu complet de rapports de branchement des voies de photolyse du méthane aux deux longueurs d'onde VUV avec des incertitudes fiables, directement utilisables pour les modèles photochimiques de l'atmosphère de Titan.

Titre traduit

Methane photolysis relevant to Titan atmosphere

Résumé

Methane is the second most abundant species in the Titan atmosphere, the biggest moon of Saturn. Ln the Vacuum Ultra-Violet (VUV) range, its photolysis is one of the primary processes in the photochemistry of this active atmosphere. The main objective of this work is to determine the methane photolysis branching ratios in order to provide accurate data to the planetologists for their models. Thus, this thesis has been devoted to the The experimental strategy consists in probing hydrocarbon fragments from methane VUV photolysis by mass spectrometry, following photoionisation of these products in the VUV. Ln order to quantify the fragment production and thus to derive branching ratios, the photoionisation cross sections have been determined for CH2 and CH3 radicals, with specifie internaI energies, by using either combined VUV laser-synchrotron radiation, or theoretical approaches. The CH4 photolysis experiments have been performed at the "Centre Laser de l'Université Paris-Sud" via a VUV pump-probe technique. The first photon is used to dissociate methane (at 121. 6 nm or 118. 2 nm) and the second one to ionise the CH2 and CH3 fragments (at 121. 6 nm or 118. 2 nm). These experiments have yielded a complete set of branching ratios for the methane photodissociation channels at these two VUV wavelengths with reliable uncertainties. These data represent reliable and essential inputs for the photochemical models of Titan atmosphere.