Contexte général
 Problématiques dans le contexte astrophysique
 Méthodes
 Objectifs
 Projets en cours
 Résultats marquants et premières
 Galerie d’images
 Documents en lignes représentatifs de l’activité du groupe
 Collaborations
 Liens vers articles et thèses
 Offre de stages et de thèses

Membres du groupe

 François Aguillon Hervé Bergeron Nathalie Rougeau Victor Sidis Muriel Sizun Dominique Teillet-Billy
 Viktoria Ivanovskaya (Post-Doctorant)

Contexte général

Les nuages diffus du milieu interstellaire, berceau de formation des étoiles, contiennent du gaz et des poussières. Le gaz est principalement formé d’hydrogène atomique mais aussi d’hydrogène moléculaire. La formation de l’hydrogène moléculaire dans le milieu interstellaire est une question centrale : c’est en effet la première étape d’une suite de réactions primordiales pour la chimie interstellaire. La question de son abondance dans le milieu interstellaire reste ouverte. De nombreuses molécules complexes (contenant hydrogène, carbone, azote et oxygène) ont été également détectées dans le milieu interstellaire. Une hypothèse aujourd’hui admise met en jeu le rôle catalytique des grains interstellaires (formés de carbone, de silicates ou de gaz condensés sous forme de glace) dans la formation des molécules. Cependant les chaînes de réactions de catalyse hétérogène conduisant à la formation de ces molécules complexes restent largement non élucidées.

Problématiques dans le contexte astrophysique

 l’interaction de H avec les grains de poussière du milieu interstellaire (MIS) et la formation de l’hydrogène moléculaire,
 l’interaction d’atomes C, N, O avec ces grains et la formation de petites molécules à partir de H, C, N, O
 la formation assistée/catalysée par les grains carbonés du MIS (surfaces graphitiques, graphéniques, parfaites ou à défauts …) nus ou recouverts de glace, grains de carbone amorphe …

Méthodes

Structure électronique
 calculs de structure : approches de chimie quantique ab initio (MP2) et DFT (géométries stables et surfaces d’énergie potentielle )
 calculs DFT « cluster » : PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) en tant que tels et en tant que modèles de surface graphéniques
 calculs DFT périodiques
 modélisation : surfaces d’énergie potentielle multidimensionnelles semi-empiriques (approche type Brenner)

Dynamique et réactivité
 dynamique moléculaire classique et quasi-classique
 dynamique quantique par propagation de paquets d’onde

Objectifs

 Répondre aux questions « comment se fait l’adsorption (chimisorption, physisorption) sur un grain ? » « dans quelles conditions la chimisorption d’atomes, dont principalement l’atome d’hydrogène, peut-elle se faire sans barrière ? »
 Etudier si certaines réactions sont possibles et par quels mécanismes (Langmuir-Hinshelwood, Eley-Rideal, « Hot Atom »).
 Obtenir les probabilités et sections efficaces de ces réactions
 Accéder à la répartition en énergie de ces réactions très exothermiques en répondant à la question « où part l’énergie ? » en énergie cinétique ? en énergie interne (rotation, vibration) de la molécule naissante ? ou bien cette énergie est-elle relaxée dans le grain ? C’est un aspect très important pour les modèles astrophysiques (chauffage du gaz interstellaire, rayonnement du grain …)

Projets en cours

 Rôle de la morphologie et de la nature des surfaces des grains de poussière interstellaire dans l’adsorption et pour la dynamique de formation des molécules
 Dynamique de collage, désorption, réactivité.

Résultats marquants et premières

 Barrière à la chimisorption de H sur surface graphénique
 Barrières ou absence de barrière à l’adsorption d’un second H au voisinage d’une « impureté » formée un premier H préchimisorbé
 Propriétés différentes pour une double adsorption du même côté ou des deux côtés du plan graphénique
 Imagerie de spin pour prévoir les propriétés d’adsorption telles que modifiées par la présence d’une « impureté »( H préchimisorbé)
 Dynamique quantique par propagation de paquets d’onde pour les réactions de formation de l’hydrogène moléculaire par recombinaison d’atomes H par les mécanismes Eley-Rideal, Langmuir-Hinshelwood
 Développement d’un nouveau potentiel réactif multidimensionnel basé sur l’approche de Brenner pour l’interaction de 2H avec une surface graphénique
 Dynamique quasi-classique pour la formation de la molécule d’hydrogène par recombinaison de 2 atomes de H
 Discussion de la concordance quasi-classique/quantique
 Formation de l’hydroxyl OH par recombinaison des atomes O et H assistée par une surface graphénique