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Structure et réactivité en astrophysique

par Aguillon François - 9 novembre

Nos études portent sur la dynamique et la réactivité des atomes et des molécules en phase gazeuse ou en interaction avec des surfaces. Notre objectif est d’obtenir des probabilités de réaction, de déterminer la répartition de l’énergie entre la surface, le mouvement de translation et les degrés de liberté internes des produits, de caractériser l’effet de surface sur les réactions chimiques. Ces études sont développées dans le contexte astrophysique comme dans celui des nanosciences.

Les applications astrophysiques sont consacrées à la formation de H2 dans le milieu interstellaire (MIS). Dans ce milieu, la formation de H2 peut être catalysée sur des molécules d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et se dérouler via des réactions compétitives d’hydrogénation / déshydrogénation des HAP. Les HAP peuvent être en phase gazeuse ou condensés sur des grains carbonés du MIS.

Avancées récentes

Dans une étude expérimentale / théorique combinée sur l’hydrogénation de cations de coronène en phase gazeuse, nos calculs de chimie quantique ont montré que l’hydrogénation suivait une séquence spécifique au site conduisant à l’accumulation de cations superhydrogénés ayant 5, 11 ou 17 atomes d’hydrogène, en accord avec les nombres magiques mesurés dans les expériences.

Dans une étude théorique plus récente, les premières réactions d’hydrogénation de coronènes neutres déposés sur une surface de graphène ont été comparées aux réactions correspondantes en phase gazeuse. Nous avons montré que les espèces hydrogénées radicalaires sont stabilisées en surface par rapport aux espèces hydrogénées à couche fermée. La différence d’énergie entre les énergies d’hydrogénation dans la phase déposée et dans la phase gazeuse varie de -0,1 eV à +0,2 eV. Ces différences d’énergie devraient être déterminantes dans les régions froides du MIS.

Plus récemment, nous avons commencé l’étude combinée expérimentale et théorique des réactions d’oxygénation (avec O 3P) des HAP déposés et des HAP hydrogénés (coronène). La réaction de l’O 3P avec les HAP et / ou les HAP hydrogénés conduit à un schéma chimique complexe et riche, comprenant la formation d’espèces oxygénées, ainsi que la formation ou la fragmentation de OH. Ces réactions ultérieures pourraient conduire à la formation de molécules interstellaires telles que la HCCO. Des calculs DFT peuvent caractériser la surface d’énergie potentielle des états triplets.

Projets en cours

Oxygénation de PAH ou de PAH hydrogéné

Collaborations
- Stéphanie Cazaux : Delft University of Technology. Department of Space Engineering
- François Dulieu : Laboratoire d’Etudes du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères (LERMA), Université de Cergy-Pontoise

Hydrogénation du cation naphtalène

Etude de l’hydrogénation d’une petite molécule (le cation de Naphtalène) afin de caractériser toutes les espèces hydrogénées produites, incluant les isomères ainsi que les états de transition correspondants par la méthode vdW-TSSCDS.

Collaboration : Daniel Pelaez Ruiz, Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules (PhLAM, Lille)

Collision O3P - C2H4

Etude de la collision d’un atome O dans l’état triplet avec la molécule d’éthylène par détermination de la dynamique du croisement entre les états triplet et singulet via le couplage spin-orbite.
Financement d’un post-doctorant par PALM
Collaboration : David Lauvergnat et Federica Agostini, Laboratoire Chimie Physique (Orsay)