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Stage de M2

Etudes des nanoparticules carbonées et de leurs précurseurs dans les flammes, applications astrophysiques.

Niveau M2 ou thèse

L’observation du milieu interstellaire a mis en évidence la richesse de la matière carbonée interstellaire, de la molécule C2 aux nanoparticules de quelques dizaines de nanomètre. Néanmoins, l’identification définitive des porteurs d’un ensemble de signatures spectrales allant de l’infrarouge à l’UV nous échappe toujours, pour certaines depuis un siècle, et empêche de progresser sur la compréhension des processus physiques et chimiques à l’œuvre dans les différentes régions du milieu interstellaire.
Les porteurs sont vraisemblablement des systèmes moléculaires à base de carbone, majoritairement hybridés sp2, se situant à la transition entre les molécules et les nanoparticules : c’est l’hypothèse PAH (pour Polycyclic Aromatic Hydrocarbon) émise il y a 35 ans. La découverte récente du fullerène C60 dans le milieu interstellaire grâce à son spectre d’émission dans l’infrarouge moyen a confirmé en partie l’hypothèse PAH : le milieu interstellaire contient une composante moléculaire à base de carbone de grande taille et abondante impliquée dans les processus physiques du milieu. L’hypothèse PAH a été initialement formulée pour expliquer l’origine de bandes d’émission infrarouge, observées dans de très nombreuses régions du MIS, grâce à un mécanisme de relaxation radiative hors-équilibre suite à l’absorption du rayonnement UV stellaire. Mais les PAH astrophysiques responsables des différentes signatures spectrales dont ils seraient porteurs ne sont toujours pas formellement identifiés.
Au laboratoire, l’accès à ce type de systèmes pour permettre l’identification des signatures spectrales astrophysiques n’est pas aisée. A l’ISMO, nous avons privilégié une flamme de laboratoire. En effet les noyaux de suie (nanoparticules de quelques nanomètres de diamètres) et leurs précurseurs moléculaires couvrent justement la gamme de taille pertinentes, de quelques dizaines d’atome de carbone à environ 200. L’identification de ces espèces et l’étude de leurs propriétés sont au cœur d’une intense activité de recherche pour comprendre la formation des suies et plus généralement des nanoparticules carbonées dans les milieux réactifs comme le milieu interstellaire. Des expériences de spectrométrie de masse couplée à la photoionisation laser seront menées pour déterminer les conditions de combustion pour produire ces espèces, des dérivés de molécules polycycliques de grandes tailles aux fullerènes. Afin d’explorer leurs propriétés structurales et leurs signatures spectrales, des expériences de spectroscopie laser seront menées. Celles-ci comprendront diverses spectroscopies (visible-UV, Raman). La photophysique de ces systèmes isolés, au cœur de l’hypothèse de présence de ces systèmes moléculaires en astrophysique, sera aussi explorée en combinant expérience et modèle en fonction de l’état d’avancée du projet.

Voir en ligne : Systèmes moléculaires, Astrophysique et Envrionnement