La molécule SO2 est connue depuis longtemps dans la pour son spectre d'absorption compliqué résultant de forts couplages entre les états électroniques impliqués. Cette longue histoire a récemment été complétée par de nouvelles études spectroscopiques résolues en temps; la spectroscopie de photoémission (TRPES) et la génération d'harmoniques d'ordre élevé. De nouvelles questions ont ainsi émergées, concernant le rôle des différents états électroniques excités, les différents couplages et leur temps caractéristiques. Pour répondre à ces questions, nous avons considéré, dans un premier temps, l'état électronique fondamental et les deux premiers états singulets excités. Ceux-ci interagissent par l'intermédiaire de couplage non-adiabatic, conduisant à la complexité du spectre d'absorption. Nos résultats se sont avérés particulièrement précis, en particulier pour la description des bandes de Cléments, donnant lieu à leur première description et interprétation théorique. Le couplage spin-orbite et les états triplets ont été introduits dans la description du système et l'analyse de la dynamique a permis de comprendre les différents mécanismes de conversion intersystème. Trois résultats majeurs sont obtenus, (i) le rôle prédominant d'un état 3B2, (ii) la présence d'interférences quantiques lors du processus et (iii) une nouvelle interprétation de la bande dite " interdite ", émanant des état triplets. Les spectroscopies TRPES et HHG ont été utilisées pour sonder la dynamique moléculaire dans ces états. Grâce à des simulations ab-initio nous montrons que la méthode TRPES permet l'étude la dynamique pour tous les états alors que la HHG n'est sensible qu'à la conversion intersystème. / The SO2 molecule is long known in the literature for its complex UV absorption spectrum, which is caused by a variety of strong couplings between the electronic states involved. This long and rich history was augmented recently by new time-dependent spectroscopic methods, namely, Time-Resolved Photoelectron Spectroscopy (TRPES) and High-order Harmonic Generation (HHG). Additional open questions emerged immediately, e.g., what was the role of the different known electronic states, which were the relevant couplings and also the timescales of the different relevant processes.To resolve these issues theoretically, we start by considering the electronic ground state and the two lowest singlet excited states. The latter interact through non-adiabatic couplings leading to a complex photoabsorption spectrum. Our results were accurate, especially concerning the Clements bands, and provide a comprehensive description of the photoabsorption spectrum. When including the spin-orbit coupling, relevant for the weak long-wavelength absorption system, the three-states model turns into a 12 coupled-states system. Analysis of the different couplings gives insight into the different mechanisms of the intersystem crossing. Three main points are shown: (i) the preponderant role of a 3B2 state, (ii) the possibility of quantum interferences during the process and (iii) a new interpretation of the forbidden band.The TRPES and the HHG spectroscopies have been used to probe the time-dependent dynamics in all these states. With the aid of first-principles simulations we show that the TRPES method is sensitive to the dynamics in the manifold, while HHG is sensitive only to the intersystem crossing.

Cette thèse concerne l'ouverture de cycle des spiropyranes (SP) et leur utilisation comme interrupteurs contrôlés par impulsions laser. Nous avons élaboré un modèle théorique pour étudier cette réaction photochimique et développer des stratégies de contrôle.Les SP présentent des effets non adiabatiques impliquant un traitement quantique pour les électrons et les noyaux. L'approche multiconfigurationnelle dépendante du temps (MCTDH) est idéale car elle peut traiter des dynamiques quantiques impliquant plusieurs états électroniques. MCTDH a été appliqué avec succès aux calculs de spectres électroniques de systèmes montrant de forts effets non adiabatiques. Cependant, cette approche requiert au préalable les surfaces d'énergie potentielle (PES). Ces applications sont basées sur un modèle de couplage vibronique local de la PES à proximité du point de Franck-Condon (FC). Contrairement aux calculs de spectres de photoabsorbtion impliquant souvent de courtes échelles de temps et de faibles déformations autour du point de FC, la simulation de réactions photochimiques requiert une représentation adéquate des mouvements de large amplitude. Ce modèle doit donc être rendu plus flexible. Les modes normaux, utilisés dans le modèle standard, n'étant pas adaptés aux grandes déformations, nous avons choisi d'utiliser la méthode MCTDH en coordonnées curvilignes avec une reformulation systématique du modèle en coordonnées polysphériques afin d'obtenir une énergie cinétique nucléaire séparable.Même si le processus n'implique que l'état fondamental et le premier état excité, leurs configurations électroniques dominantes peuvent changer fortement le long de mouvements de grande amplitude. Nous avons donc développé une approche générale basée sur une étude systématique de quelques données ab initio pour générer le meilleur jeu d'états diabatiques d'un problème donné.De premières applications au benzopyrane (chromophore des SP) ont montré un bon accord avec l'expérience. / The focus of this thesis is the ring opening of spiropyrans (SP), and how these molecules can be used as photoswitches controlled with laser pulses. We have built a theoretical model to study this photochemical reaction and develop strategies for control.SP exhibit nonadiabatic effects, and therefore, their modelling requires a quantum description for both the electrons and the nuclei. The multiconfiguration time-dependent Hartree (MCTDH) approach is ideal in this case because it can treat quantum dynamics involving several electronic states. MCTDH was successfully applied to electronic spectra calculations of systems showing strong nonadiabatic effects. However, the corresponding potential energy surfaces (PES) for this approach are required first. These applications are based on a local vibronic coupling model of the PES in the neighbourhood of the Franck-Condon (FC) point.As opposed to calculating photoabsorption spectra that often involves short timescales and small deformations around the FC geometry, simulating photochemical reactions requires an adequate representation of large-amplitude motions. Thus, this model must be made more flexible.Normal modes, usually used for the standard model, are not adapted to large-amplitude deformations. We thus chose to run MCTDH in curvilinear coordinates and recast systematically the model in terms of polyspherical coordinates to produce a separable form for the nuclear kinetic energy.Even if only the ground and the first excited electronic states are involved in the process, their dominant electronic configurations may change significantly along large-amplitude motions. We have developed a general approach based on a systematic analysis of a few ab initio data to generate the best set of diabatic states for a given problem.Preliminary results applied to benzopyran (the chromophore of the SP) showed good agreement with the experiments.

L'analyse des conditions physico-chimiques régnant dans le milieu interstellaire(ISM) nécessité de connaître les constantes de vitesse de collision inélastique qui ont lieu plus fréquemment dans l'ISM. Nous avons à cettefin calculées les surfaces d'énergie potentielles ainsi que les états liés descomplexes CS-H2, HCN-H2, HCN-He et C3-He. Nous avons déterminé pour la collision CS-H2 les sections efficaces et les taux d'excitation collisionnels pour les premiers niveaux rotationnels. Des observations récentes suggérentque l'excitation des modes de pliage des molécules triatomiques doit êtreprise en compte dans les modèles astrochimiques. Nous présentons doncdeux nouvelles approches théoriques permettant d'effectuer un traitementClose Coupling des collisions inélastiques d'un atome avec une molécule triatomique. Le couplage entre les mouvements de rotation et de pliage de la molécule est traité soit exactement dans le cadre de l'approximation du rigid bender (RBCC) ou de façon approximée en moyennant le potentiel d'interaction atome-molècule sur le mode de pliage de la molécule (RBAA). La méthode RBCC est appliquée à l'étude des collisions HCN-He et C3-He pour lesquelles les sections efficaces de transition entre niveaux rotationnels appartenant à des modes de pliage différents sont obtenues. Les résultats sont comparés avec ceux fournis par l'opproximation du rotateur rigide linéaire. Dans le cas de la collision HCN-He ils sont aussi comparés avec ceux obtenus en utilisant l'approche RBAA. Nous montrons que les sections efficaces de transitions entre des niveaux rotationels appartenant à des niveaux de bending différents doivent être calculées au niveau RBCC. / Tha analysis of the physico-chemical conditons taking place in the interstellar medium (ISM) requires to know the inclastic rate coefficents of the detected interstellar molecules in collisions with the moste common colliders int the ISM. We have comuted the four dimensional potential energy surfaces, and the bound levels for the CS-H2, HCN-H2, HCN-He and C3 -He complexes. For the collisions of Cs with H2, we also determined the rst inelastic cross section and rate coefficeients<; Several recent observations suggest that the vibrational excitation of triatomic molecules in the ISM at least in the bending motion needs to be considered in the collision mechanismes. We present a nex theorical method to treat atom-rigid bender ineslastic collisions at close the coupling level (RBCC). The coupling between rotation and bending is treated exactly within the rigid bender approximation and we obtain the cross section for the rotational transition between levels belonging to dierent bending levels. This approach is applied to the study of HCN-He and C3-He. The results are compared with those obtained whenconsidering the molecules to be linear rigid rotors. In the case of HCN-He,they are also compared with the cross sections determined using the interactionpotential averaged over the bending wavefunction. We demonstratethat the cross sections involving vibrational transitions should be computedusing the RBCC method. For HCN-He, the linear rigid approach is foundto offer a good description of pure rotational transitions while for C3-Hethis method is shown to overestimate the cross section for collision energieshigher than the first excited bending threshold.