Cette thèse est consacrée à l'étude des processus de relaxation et d'élargissement collisionnel dans les premières polyades vibrationnelles des molécules tétraédriques. Dans une première partie, la dynamique interne particulière de ce type de molécules est décrite. Un second chapitre, essentiellement bibliographique, énumère les principaux phénomènes induits par les interactions moléculaires dans ces molécules. Une seconde partie développe des aspects plus théoriques relatifs au formalisme tensoriel adapté au calcul des positions et intensités des transitions infrarouges des molécules tétraédriques. Les bases théoriques pour le calcul des profils de bande et la modélisation semi-classique des élargissements et déplacements des raies de ces molécules sont aussi décrites. Une troisième partie présente des applications de ce formalisme au couple méthane - argon. Les sélectivités des processus de relaxation rotationnelle et les variations des élargissements des raies avec les nombres quantiques caractéristiques des transitions sont interprétées pour deux bandes vibrationnelles fondamentales du méthane.

Cette thèse est consacrée à la spectroscopie de l'éthylène en vue de l'étude de cette molécule piégée dans des zéolithes. La première partie expose le modèle tensoriel adapté à la symétrie de la molécule isolée : formalisme, hamiltonien et moments de transition. Afin de prendre en compte les champs électriques intenses présents dans les zéolithes, nous proposons dans la deuxième partie une extension du modèle à l'effet Stark. La troisième partie décrit les programmes du logiciel D2hTDS qui ont été construits pour calculer et analyser les spectres des molécules de type X2Y4. La quatrième partie présente les applications au calcul et à l'analyse de spectres de l'éthylène à champ nul et sous effet Stark. En particulier, le modèle a été testé sur l'analyse à champ nul de l'état de base et des bandes nu2 et nu12. Un calcul à champ faible de la bande nu7 et une simulation à champ fort de la bande nu12 ont été effectués, ainsi qu'une étude d'alignement de la molécule en fonction du champ.

Ce rapport d'habilitation présente une synthèse de mes travaux de recherche réalisés au cours de ces 14 dernières années. J'ai distingué mes activités expérimentales (partie III), mes travaux théoriques concernant la spectroscopie des toupies quasi-sphériques (partie IV), ainsi que ceux concernant la spectroscopie de molécules piégées dans des solides (partie V).

Du point de vue théorique, un formalisme tensoriel adapté à l'étude des molécules ou ions octaédriques possédant un moment angulaire demi-entier a été développé pour la première fois. Nous avons utilisé ici la méthode des représentations projectives, plus cohérente que celle des groupes doubles. Un jeu complet de coefficients et de formules de couplage, ainsi que les programmes de calcul correspondants ont été mis au point. Ceci a tout d'abord permis l'écriture d'un modèle simple décrivant la structure électronique des hexafluorures colorés. Ensuite, un certain nombre d'applications de ce formalisme à l'étude des couplages rovibroniques pour les molécules de type XY6 dans un état électronique quatre fois dégénéré ont été examinées, en particulier concernant les opérateurs associés à l'effet Jahn-Teller dynamique. Du point de vue expérimental, nous nous sommes intéressés à IrF6, dont nous avons pu maîtriser les processus de synthèse, de purification et de conservation. Une première étude à basse résolution (absorption et diffusion Raman spontanée) a été réalisée sur cette molécule. Nous avons ensuite mis en place deux dispositifs spectroscopiques à haute résolution dans le visible (absorption saturée - testée sur une cuve à iode - et simple absorption avec multiples passages). Ceux-ci utilisent notamment un laser à colorant. Ils doivent maintenant permettre la spectroscopie de la bande visible de IrF6, afin d'en résoudre pour la première fois la structure fine rotationnelle.

L'objectif de ce mémoire est de présenter une étude aussi complète que possible de l'effet Stark dans les toupies asymétriques de type X2Y4 possédant le groupe de symétrie D2h et de l'appliquer au problème de la spectroscopie de l'éthylène piégé dans une zéolithe. Pour la première fois, un formalisme tensoriel adapté à l'étude de l'effet Stark pour la chaine de groupes O(3) D2h a été développé. Parallèlement au développement du modèle théorique, des programmes informatiques ont été mis au point sous la forme d'une nouvelle génération de logiciel appelé D2hTDS-ST utilisant une base plus simple, permettant une économie en temps de calcul. Sur la base des outils théoriques et informatiques ainsi qu'à partir des spectres expérimentaux enregistrés au laboratoire, nous avons fait une première estimation de la valeur du champ électrique effectif moyen produit par la silicalite-1. Les valeurs du champ électrique obtenues avec notre méthode sont cohérentes avec les valeurs obtenues par les calculs ab initio PBE1PBE6-31++G(2d,2p).

L’objectif de ce mémoire est de présenter une étude aussi complète que possible de l’effet Stark dans les toupies asymétriques de type X2Y4 possédant le groupe de symétrie D2h et de l’appliquer au problème de la spectroscopie de l’éthylène piégé dans une zéolithe. Pour la première fois, un formalisme tensoriel adapté à l’étude de l’effet Stark pour la chaine de groupes O(3) D2h a été développé. Parallèlement au développement du modèle théorique, des programmes informatiques ont été mis au point sous la forme d’une nouvelle génération de logiciel appelé D2hTDS-ST utilisant une base plus simple, permettant une économie en temps de calcul. Sur la base des outils théoriques et informatiques ainsi qu’à partir des spectres expérimentaux enregistrés au laboratoire, nous avons fait une première estimation de la valeur du champ électrique effectif moyen produit par la silicalite-1. Les valeurs du champ électrique obtenues avec notre méthode sont cohérentes avec les valeurs obtenues par les calculs ab initio PBE1PBE6-31++G(2d,2p). / The objective of this report is to present a study as complete as possible of the Stark effect in the asymmetric top molecules of X2Y4 type possessing the D2h symmetry group and to apply it to the problem of the spectroscopy of the ethylene molecule trapped in a zeolite. For the first time, a tensorial formalism adapted to the study of the Stark effect for the O(3) D2h group chain was developed. In parallel, a computer package was worked out as a new generation of software called D2hTDS-ST using a simpler basis, allowing an economy in the calculation time. On the basis of the theoretical and computing tools as well as from the experimental spectra, recorded in the laboratory, we made a first estimation of the average effective electric field produced by silicalite-1. The values of the electric field obtained with our method are coherent with the values obtained by the ab initio PBE1PBE6-31++G(2d,2p) calculations.

Ce travail est une contribution à l'étude spectroscopique de deux gaz d'origine anthropique pour lesquels la modélisation de la signature infrarouge pourra permettre une quantification dans rejets dans l'atmosphère. L'hexafluorure de soufre (SF₆) est principalement rejeté par l'industrie électrique, qui l'utilise comme isolant gazeux et sa concentration augmente rapidement dans l'atmosphère (de l'ordre de 7 % par an). C'est un gaz à effet de serre puissant listé dans le protocole de Kyoto car ses absorptions intenses vers 10 μm placées dans une fenêtre de transparence atmosphérique et sa durée de vie élevée dans la haute atmosphère(environ 3200 ans) lui confèrent un coefficient de transfert radiatif exceptionnellement élevé (Global Warming Potential, ou GWP égal à 23900 fois celui du dioxyde de carbone, CO₂). La détection et la quantification de ce gaz par sa signature infrarouge via des mesures par satellite nécessitent une très bonne modélisation des spectres d'absorption, incomplètement connus. SF6 est un molécule lourde qui présente un grand nombre de niveaux vibrationnels de basse énergie, donnant lieu à des bandes chaudes dans le domaine des absorptions atmosphériques autour de sa vibration fondamentale la plus intense et celles-ci impliquent des états excités peu ou pas caractérisés. Ainsi, à température ambiante, seules 32 %des molécules se trouvent dans l'état vibrationnel de base. Les bases de données actuelles ne contiennent que les données des bandes de vibration fondamentales. Pour pallier ce manque, il est donc nécessaire d'observer un certain nombre de transitions depuis l'état fondamental vers les niveaux excités de basse énergie servant d'état initial aux bandes chaudes et d'acquérir des données permettant de modéliser aussi les niveaux à deux quanta de vibration constituant les niveaux d'arrivée de ces bandes chaudes.Ce travail est une contribution à l'étude spectroscopique de deux gaz d'origine anthropique pour lesquels la modélisation de la signature infrarouge pourra permettre une quantification dans rejets dans l'atmosphère. L'hexafluorure de soufre (SF6) est principalement rejeté par l'industrie électrique, qui l'utilise comme isolant gazeux et sa concentration augmente rapidement dans l'atmosphère (de l'ordre de 7 % par an). C'est un gaz à effet de serre puissant listé dans le protocole de Kyoto car ses absorptions intenses vers 10 μm placées dans une fenêtre de transparence atmosphérique et sa durée de vie élevée dans la haute atmosphère(environ 3200 ans) lui confèrent un coefficient de transfert radiatif exceptionnellement élevé (Global Warming Potential, ou GWP égal à 23900 fois celui du dioxyde de carbone, CO₂). La détection et la quantification de ce gaz par sa signature infrarouge via des mesures par satellite nécessitent une très bonne modélisation des spectres d'absorption, incomplètement connus. SF₆ est un molécule lourde qui présente un grand nombre de niveaux vibrationnels de basse énergie, donnant lieu à des bandes chaudes dans le domaine des absorptions atmosphériques autour de sa vibration fondamentale la plus intense et celles-ci impliquent des états excités peu ou pas caractérisés. Ainsi, à température ambiante, seules 32 %des molécules se trouvent dans l'état vibrationnel de base. Les bases de données actuelles ne contiennent que les données des bandes de vibration fondamentales. Pour pallier ce manque, il est donc nécessaire d'observer un certain nombre de transitions depuis l'état fondamental vers les niveaux excités de basse énergie servant d'état initial aux bandes chaudes et d'acquérir des données permettant de modéliser aussi les niveaux à deux quanta de vibration constituant les niveaux d'arrivée de ces bandes chaudes. / This work is a contribution to the spectroscopic study of two gases of anthropogenic origin for which the modeling of the infrared signature may allow a quantification in releases in the atmosphere. Sulfur hexafluoride (SF₆) is mainly rejected by the electrical industry, which uses it as a gaseous insulator and its concentration increases rapidly in the atmosphere (of the order of 7 per cent per year). It is a potent greenhouse gas listed in the Kyoto Protocol because its intense absorption around 10 μm issituated in a window of atmospheric transparency and its lifetime in the upper atmosphere (approximately 3200 years) confers an exceptionally high radiative transfer coefficient (Global WarmingPotential, or GWP equal to 23900 times that of carbon dioxide,CO2). The detection and quantification of this gas by its infrared signature via satellite measurements requires a very accurate modeling of the absorption spectra, incompletely known. For SF₆,in particular because of the fact that this heavy molecule presents a large number of vibrational levels of low energy, there exist hotbands in the region of atmospheric absorption around its most intense fundamental absorption (v₃); these involve excited states little or not characterized. Thus, at ambient temperature, only 32% of the molecules are located in the vibrational ground state. Current databases contain only data for the fundamental vibrationband. To compensate for this lack, it is therefore necessary toobserve a number of transitions from the ground state to the excited levels of low energy used corresponding to initial states of the hot bands and to acquire data for modeling also levels with two quanta of vibration constituting the upper levels of arrival of thes ehot bands.This work is a contribution to the spectroscopic study of two gases of anthropogenic origin for which the modeling of the infrared signature may allow a quantification in releases in the atmosphere.Sulfur hexafluoride (SF₆) is mainly rejected by the electricalindustry, which uses it as a gaseous insulator and its concentration increases rapidly in the atmosphere (of the order of 7 per cent peryear). It is a potent greenhouse gas listed in the Kyoto Protocolbecause its intense absorption around 10 μm is situated in awindow of atmospheric transparency and its lifetime in the upper atmosphere (approximately 3200 years) confers an exceptionally high radiative transfer coefficient (Global Warming Potential, orGWP equal to 23900 times that of carbon dioxide, CO2). The detection and quantification of this gas by its infrared signature via satellite measurements requires a very accurate modeling of theabsorption spectra, incompletely known. For SF6, in particular because of the fact that this heavy molecule presents a largenumber of vibrational levels of low energy, there exist hot bands in the region of atmospheric absorption around its most intensefundamental absorption (v3); these involve excited states little or not characterized. Thus, at ambient temperature, only 32 % of themolecules are located in the vibrational ground state. Current databases contain only data for the fundamental vibration band. Tocompensate for this lack, it is therefore necessary to observe a number of transitions from the ground state to the excited levels oflow energy used corresponding to initial states of the hot bands andto acquire data for modeling also levels with two quanta ofvibration constituting the upper levels of arrival of these hot bands.