Influence de la réactivité radicalaire sur la formation de molécules organiques complexes dans les glaces interstellaires et cométaires

Influence of radical chemistry in the formation of complex organic molecules in interstellar ices

• Auteur / Autrice : Teddy Butscher
• Direction : Thierry Chiavassa, Fabrice Duvernay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences chimiques
• Date : Soutenance le 13/12/2017
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole èdoctorale Sciences Chimiques (Marseille ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physique des Intéractions Ioniques et Moléculaires (PIIM) (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Valérie Belle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aurore Bacmann, Philippe Boduch
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Valentine Wakelam, François Dulieu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réactions radicalaires

Comètes -- Atmosphères

Matière interstellaire

Composés complexes

Chimie organique

Mots clés libres

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Résumé

Les observations astrophysiques ont mené à l’identification de nombreuses molécules organiques dans le milieu interstellaire (MIS). Bien que la majeure partie de ces molécules soient des molécules simples,certaines comportent un nombre important d’atomes et sont appelées molécules organiques complexes (MOCs). Pour ces molécules, plusieurs mécanismes de formation ont été proposés, que ce soit en phase gazeuse ou en phase solide, chacun d’entre eux utilisant différents types de réactivité. Nous nous concentrons ici sur la réactivité radicalaire dans des conditions astrophysiques. Des analogues de glaces interstellaires sont réalisés en laboratoire et soumis à des processus tels que des hydrogénations, irradiations VUV ou effets thermiques et la composition chimique des analogues est analysée par des techniques spectroscopiques – IR, MS, GC-MS. Pour caractériser les radicaux formés et étudier leur réactivité, nous utilisons la technique d’isolation en matrice cryogénique ainsi que la RPE. Notre travail concerne l’hydrogénation de CO et la photolyse de CH3OH. Pour se faire, nous réalisons des analogues de glace de H2CO ou de CH3OH qui seront irradiés par un rayonnement VUV et chauffés. Les radicaux produits, tels que CH2OH, HCO, CH3O et HOCO, sont les précurseurs des MOCs détectées par la suite (glycolaldéhyde GA, éthylène glycol EG, formiate de méthyle MF ou encore des acides carboxyliques) mais nous avons également montré que la réactivité radicalaire peut mener à des polymérisations, notamment celle de H2CO, mais ne mène pas obligatoirement à une augmentation de la complexité moléculaire, comme lors de la dimérisation de HCO.

Astrophysical observations led to the identification of numerous organic molecules in the interstellar medium (ISM). Although the main part of these molecules are simple molecules, some of them holds a lot of atoms and are called complex organic molecules (COMs). For these molecules, several formation mechanisms were proposed, either in gas phase or in solid state, that depend on a particular kind of reactivity. Our focus here is on radical reactivity in astrophysical conditions. Interstellar ice analogues are made in laboratory and submitted to processus such as hydrogenation, VUV irradiation or thermic effect and their chemical composition are monitored by spectrometric techniques - IR, MS, GC-MS. To analyze radical species and observe their reactivity, we use cryogenic matrix isolation technique and EPR spectrometry.Our work deals with CO hydrogenation and CH3OH VUV photolysis. To do so, we perform VUV photolysis of ice analogues of H2CO or CH3OH followed by heating. Produced radical species, such as CH2OH, HCO, CH3O and HOCO, are precursors of COMs detected at the end of the experiment (glycolaldehyde GA, ehtylene glycol EG, methyl formate MF, or even carboxylic acids). We also showed that radical reactivity can perform polymerisations (in our case, that of H2CO) and does not lead compulsorily ot an increase in molecular complexity, as seen in HCO dimerisation reaction.