High mass loss rates in evolved stars make them the major contributors to recycling processed material back into the interstellar medium. This mass loss creates large circumstellar shells, rich in molecular material. This dissertation presents millimeter and submillimeter studies of the end stages of low mass and high mass stars in order to probe their molecular content in more detail. In low mass stars, the molecular material is carried on into the planetary nebula (PN) stage. Observations of CS, HCO⁺, and CO in planetary nebulae (PNe) of various post-asymptotic giant branch ages have shown that molecular abundances in these objects do not significantly vary with age, as previously thought. More detailed observations of the slightly oxygen-rich PN NGC 6537 resulted in the detection of CN, HCN, HNC, CCH, CS, SO, H₂CO, HCO⁺ and N₂H⁺, as well as numerous ¹³C isotopologues. Observations of the middle-aged PN M2-48 showed the presence of CN, HCN, HNC, CS, SO, SO₂, SiO, HCO⁺, N₂H⁺, and several ¹³C isotopologues. These observations represent the first detections of CS, SO, SO₂, and SiO in any planetary nebula. The implications of these observations are discussed. A 1 mm spectral survey of the supergiant star NML Cygni has been carried out with the Arizona Radio Observatory Submillimeter Telescope resulting in the observation of 102 emission features arising from 17 different molecules and 4 unidentified features. The line profiles observed in this circumstellar shell are asymmetric and vary between different molecules, akin to what has been seen in another supergiant, VY Canis Majoris. The non-LTE radiative transfer code ESCAPADE has been used to model molecular abundances in the various asymmetric outflows of VY Canis Majoris, showing just how chemically and kinematically complex these supergiant circumstellar envelopes really are.

La sonde spatiale européenne Rosetta, après un voyage de dix années, a rejoint le 6 août 2014 son objet d’étude, la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko (67P/C-G). Afin de l’étudier de manière intensive durant deux ans, un total de 21 instruments était embarqué sur l’orbiteur Rosetta et l’atterrisseur Philae. Le spectromètre de masse d’ions secondaires à temps de vol, COSIMA (COmetary Secondary Ions Mass Analyzer), était l’un des instruments de l’orbiteur et a été conçu pour analyser in situ la composition chimique des particules solides éjectées de la comète 67P/C-G. L’objectif de cette thèse est de caractériser la composante organique réfractaire contenue dans les poussières cométaires, à l’aide de l’instrument COSIMA. Dans le cadre de ces travaux, j’ai mis au point au point et appliqué une méthodologie pour analyser les spectres de masse cométaires, plus particulièrement dans le mode positif de l’instrument. A l’aide de cette méthodologie, cinq ions organiques d’origine cométaire ont été détectés et identifiés : C+ (m/z = 12,00), CH+ (m/z = 13,01), CH2+ (m/z = 14,02), CH3+ (m/z = 15,02) et C2H3+ (m/z = 27,02). La caractérisation de cette composante organique a été effectuée à l’aide de spectres de masse de calibration. Les composés de référence utilisés dans ces travaux de thèse incluent des molécules organiques pures et des analogues de la matière organique cométaire, tels que des échantillons naturels (des météorites carbonées, une micrométéorite ultracarbonée, de la matière organique insoluble extraite de météorites carbonées) et un échantillon synthétisé en laboratoire. La matière organique insoluble extraite des chondrites carbonées est, à ce jour, le meilleur analogue à la matière organique réfractaire contenue dans les particules de 67P/C-G. Ainsi, la matière organique cométaire serait de haut poids moléculaire et le carbone lié dans de grandes structures macromoléculaires. Le carbone est également l’un des éléments le plus abondant dans les particules avec un rapport C⁄Si = 5,5 (+1,4/-1,2). La comète 67P/C-G figure ainsi parmi les corps les plus riches en carbone du système solaire. Enfin, un composé spécifique a été recherché, le polyoxyméthylène. Cependant, les indicateurs développés et appliqués aux données cométaires ne permettent pas de conclure quant à sa présence dans les particules analysées par COSIMA / After a ten-year journey, the European spacecraft Rosetta arrived at comet 67P/Churyumov-Gersasimenko (67P/C-G) on August 6, 2014. In order to conduct intensive research for two years, a total of 21 instruments were on board the Rosetta orbiter and the Philae lander. The time-of-flight secondary ions mass spectrometer, COSIMA (COmetary Secondary Ions Mass Analyzer), was one of the orbiter instruments and was designed for in situ analysis of the chemical composition of cometary particles ejected from the comet 67P/C-G. This thesis aims to characterize the refractory organic component of the cometary dust, with the COSIMA instrument. As part of this work, I have developed and applied a methodology to analyze the cometary mass spectra, more specifically in the positive mode of the instrument. Using this methodology, five organic ions of cometary origin were detected and identified: C+ (m/z = 12.00), CH+ (m/z = 13.01), CH2+ (m/z = 14.02), CH3+ (m/z = 15.02) and C2H3+ (m/z = 27.02). The characterization of this organic component has been carried out with calibration mass spectra. The reference compounds used during this thesis include pure organic molecules and cometary organic matter analogs, such as natural samples (carbonaceous chondrites, ultracarbonaceous micrometeorite, insoluble organic matter extracted from carbonaceous chondrites) and one sample synthetized in the laboratory. The best analogue found so far to the refractory component of 67P/C-G particles is the insoluble organic matter extracted from carbonaceous chondrites. The cometary organic matter would be of high-molecular-weight and the carbon bounded in very large macromolecular compounds. Carbon is also one of the most abundant element in the dust particles with an elemental ratio of C⁄Si = 5.5 (+1.4/-1.2). Comet 67P/C-G is among the most carbon-rich bodies of the solar system. Finally, a specific compound was sought, the polyoxymethylene. However, indicators developed and applied to the cometary data do not allow to conclude on the presence of polyoxymethylene in the particles analyzed by COSIMA

Les premières étapes de la formation stellaire sont accompagnées d'une évolution de la chimie, à partir de molécules simples dans les nuages froids et sombres vers la détection de molécules organiques complexes autour des étoiles de Classe 0. Bien que principalement composés de gaz, ces nuages contiennent également une petite quantité de poussière microscopique. La contribution de cette poussière est toutefois importante car elle agit comme un catalyseur pour la formation de molécules clés observées dans les glaces froides interstellaires, telles que l'eau ou le méthanol. Ces glaces seraient la première étape d'une chimie riche observée dans les enveloppes tièdes des protoétoiles. Durant cette thèse, je me suis concentré sur la première étape en utilisant une double approche. i) Modélisation. J'ai développé un modèle astrochimique couplant la chimie en phase gazeuse et à la surface des grains. Ce modèle suit la formation multicouche des glaces interstellaires et, grace à une approche multiparamètre, nous permet également d'étudier l'influence de paramètres physiques, chimiques, et de surface, tels que la porosité des grains, sur la composition chimique des glaces. Le modèle a ensuite été utilisé pour prédire la différenciation chimique et la deutéra- tion des glaces interstellaires. Ainsi, j'ai construit un réseau chimique en prenant en compte les travaux expérimentaux et théoriques les plus récents. J'ai ensuite appliqué ce modèle à différents cas. J'ai par exemple montré que les glaces sont très hétérogènes et que leurs compositions sont très sensibles aux conditions physiques ainsi qu'à différents paramètres de surface. La deutéra- tion élevée du formaldehyde et du méthanol a été prédite pour une phase dense (nH ∼ 5 × 10^6 cm−3) et rapide (∼ 5000 ans) tandis que la deutération plus faible de l'eau est prédite pour des conditions typiques de nuages moléculaires. La deutération est très sensible et peut donc etre utilisée comme un traceur des conditions physiques. ii) Observations. J'ai été impliqué dans différents projets observationnels dont les buts étaient reliés aux problèmes de la chimie à la surface des grains. J'ai obtenu les trois résultats suivants. Nous avons montré une évolution de la deutération sélective du méthanol avec le type de la protoétoile, le rapport d'abondance [CH2DOH]/[CH3OD] diminuant avec la masse de la protoé- toile. Une cartographie interféromètrique de l'eau deutérée vers deux protoétoiles de faible masse nous a permis de contraindre un fort degré de deutération de l'eau dans de nouvelles sources. Finalement, nous avons détecté pour la première fois plusieurs molécules organiques complexes dans un coeur prestellaire, remettant en question le scénario actuel de formation des molécules organiques complexes dans des conditions tièdes. / The first stages of star formation are accompanied by an evolution of the chemistry, starting from simple molecules in cold dark clouds to the detection of complex organic molecules around Class 0 protostars. Although mostly composed of gas, these clouds also contain small amounts of microscopic dust. The contribution of this dust is nevertheless important because it acts as a catalyst for the formation of key molecules seen in cold interstellar ices, such as water or methanol. These ices are believed to be the first step towards the rich chemistry seen in the warm envelope of protostars. During my thesis, I focused on this first step and I did so by taking a twofold approach. i) Modelling. I have developed an astrochemical model coupling the chemistry in the gas phase and on the grain surfaces. This model follows the multilayer formation of interstellar ices and allows us to investigate the influence of key physical, chemical, and surface parameters, such as grain porosity, on the chemical composition of ices via a multiparameter approach. The model has been applied to predict the chemical differentiation and the deuteration of interstellar ices. To this end, I have built up a chemical network taking into account the most recent experimental and theoretical works. I applied then the model to various cases. For example, I showed that ices are heterogeneous and their composition are sensitive to the physical conditions as well as several grain surface parameters. The high deuteration of formaldehyde, and methanol observed around low-mass protostars has been predicted by a dense (nH ∼ 5 × 106 cm−3) and fast (∼ 5000 years) phase while the lower deuteration of water is predicted for typical molecular cloud conditions. The deuterium fractionation is very sensitive and can be used as a tracer of the physical conditions. ii) Observations. I have been involved in observational projects whose goals are related to the grain surface chemical problems. I obtained the following three results. We showed an evolution of the selective deuteration with the protostar type, the [CH2DOH]/[CH3OD] abundance ratio decreasing with the protostar mass. Interferometric mapping of deuterated water towards low- mass protostars has allowed us to constrain a high deuteration level of water in new sources. Finally, we detected several complex organic molecules in a cold prestellar core for the first time, challenging the current scenario of complex organic molecules in warm conditions.

We present new 3.6 and 4.5 mu m Spitzer phase curves for the highly irradiated hot Jupiter WASP-33b and the unusually dense Saturn-mass planet HD 149026b. As part of this analysis, we develop a new variant of pixel-level decorrelation that is effective at removing intrapixel sensitivity variations for long observations (>10 hr) where the position of the star can vary by a significant fraction of a pixel. Using this algorithm, we measure eclipse depths, phase amplitudes, and phase offsets for both planets at 3.6 and 4.5 mu m. We use a simple toy model to show that WASP-33b's phase offset, albedo, and heat recirculation efficiency are largely similar to those of other hot Jupiters despite its very high irradiation. On the other hand, our fits for HD 149026b prefer a very high albedo. We also compare our results to predictions from general circulation models, and we find that while neither planet matches the models well, the discrepancies for HD 149026b are especially large. We speculate that this may be related to its high bulk metallicity, which could lead to enhanced atmospheric opacities and the formation of reflective cloud layers in localized regions of the atmosphere. We then place these two planets in a broader context by exploring relationships between the temperatures, albedos, heat transport efficiencies, and phase offsets of all planets with published thermal phase curves. We find a striking relationship between phase offset and irradiation temperature: the former drops with increasing temperature until around 3400 K and rises thereafter. Although some aspects of this trend are mirrored in the circulation models, there are notable differences that provide important clues for future modeling efforts.

This thesis is dedicated to the theoretical study of the methyl cation CH3+ electronic states and, globally, falls within the study of the interstellar clouds molecular synthesis and the chemistry of the hydrocarbons which are present in high-energy plasmas such as in the experimental nuclear fusion reactor ITER. Among the different possible formation reactions, we chose two reactions involved in these fields: the ionization of the methyl radical CH3 ground state and the reactive collisions between simple carbonated or hydrocarbonated (C, CH+ and CH2+) and hydrogen species (H3+, H2 and H, respectively).<p><p>As this cation is characterized by 8 electrons and 4 nuclei, this allowed us to perform high-level ab initio calculations using the CASSCF/MRCI method with the Dunning aug-cc-p(C)VXZ basis sets. These calculations were completed by a study of different methodological effects such as the core-valence electronic correlation, the complete basis set extrapolation and the basis set superposition error.<p><p>We calculated equilibrium geometries (precision within 10^-5 angtröm and 10^-2° and their energies for the methyl radical and cation, studied the potential energy surfaces involved by the Jahn-Teller effect targeting the methyl cation E' states and achieved frequencies calculations. From these values were derived ionization potentials (IP) from the methyl radical ground state towards the methyl cation lowest-lying states (precision within 10^-2 eV). Vibrational corrections and nuclear relaxation effects were taken into account.<p><p>The calculated IPs and frequencies should facilitate the analysis of methyl radical threshold photoelectron spectra leading to the methyl cation lowest-lying states, recorded at the synchrotron facility Soleil by the Dr. Alcaraz group from the Université Paris-Sud.<p><p>Through reaction paths calculations using a quadratic steepest-descent method, we have proposed new reactional pathways enabling the connections between the different dissociation channels correlated to the cation lowest-lying triplet states. The absence of potential barriers in the energy profiles allows us to propose these reactions as sources, in interstellar clouds, of hydrocarbonated molecules whose stability increases with growing size according to the series C -> CH+ -> CH2+ -> CH3+.<p><p>The groups of Pr. Urbain from UCL and Dr. Savin from Columbia University studied the collisions in copropagating beams of C and H3+ leading to the formation of these hydrocarbonated species. The proposed reactional mechanisms are in good agreement with the experimental observations, what permits a better understanding of the chemistry behind these collisional processes of astrochemical interest. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Depuis leur découverte dans divers environnements astrophysiques, les anions polyyne CxH¯ (x = 2, 4, 6) et les anions cyanopolyyne CxN¯ (x = 1, 3, 5) ont reçu une attention considérable. Ces anions semblent jouer des rôles importants dans leur environnement. Cependant, les données à basse température sur les voies chimiques menant à leur formation et à leur destruction sont encore rares, en particulier ce qui concerne l'identité du produit et les ratios de ramification. Pour résoudre ce problème, nous nous sommes engagés dans la recherche de la réactivité de ces anions moléculaires en utilisant des instruments dédiés couplant des jets subsonique et supersonique avec des méthodes de spectrométrie de masse. De cette façon, nous avons étudié la réactivité des anions C3N avec le cyanoacétylène (HC3N) ainsi que la réactivité de CN¯, C3N¯, et C5N¯ avec l'acide formique (HCOOH) de 298 K à des températures aussi basses que 36 K. Nous rapportons dans ce travail le taux de vitesse, les produits, et les ratios de ramification de ces réactions. Ce travail aborde également la source prototype d'ions sélectionnée, qui a récemment été mis en place dans notre laboratoire afin d'étendre notre recherche à d'autres anions d'intérêt astrophysique (e.g. les anions CxH¯ et Cx¯). Une description de cet instrument ainsi que des résultats préliminaires sont présentés dans ce travail. Cette thèse, «Reactivity of Molecular Anions at Low Temperature: Implications for the Chemistry of the Interstellar medium and Titan’s atmosphere», a été réalisée au sein de l'Institut de physique de Rennes et de l'Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes. Mots-clés: astrochimie, atmosphère de Titan, anions moléculaires, cinétique en phase gazeuse, jet supersonique, spectrométrie de masse, source d’ions sélectionnée / Ever since their discovery in various astrophysical environments, polyyne anions CxH¯ (x = 2, 4, 6) and cyanopolyyne anions CxN¯ (x = 1, 3, 5) have received a considerable attention. These anions appear to be playing important roles in their environments. However, low temperature data on the chemical pathways leading to their formation and destruction is still scarce, especially regarding product identity and branching ratios. To address this issue, we have engaged in the investigation of the reactivity of these molecular anions by employing dedicated instruments coupling subsonic and supersonic flows with mass spectrometry methods. In this fashion, we have investigated the reactivity of C3N¯ anions with cyanoacetylene (HC3N) as well as the reactivity of CN¯, C3N¯, and C5N¯ with formic acid (HCOOH) from 298 K down to temperatures as low as 36 K. We report in this work the rate coefficient, the nature of the products, and the branching ratios of these reactions.This work also addresses the prototype selected ion source in our laboratory, which was recently implemented in order to extend our investigation to other anions of astrophysical interest (e.g. CxH¯ and Cx¯ anions). A description of this instrument as well as some preliminary results are presented in this work. This thesis, «Reactivity of Molecular Anions at Low Temperature: Implications for the Chemistry of the Interstellar medium and Titan’s atmosphere», was carried out at the Institut de Physique de Rennes and the Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes.Keywords: astrochemistry, Titan’s atmosphere, molecular anions, gas phase kinetics, supersonic flow, mass spectrometry, selected ion source

Ce projet a pour but de répondre à quelques questions pendantes de planétologie en utilisant des méthodes de chimie quantique. Il recouvre principalement deux études.La première étude modélise les processus chimiques susceptibles d’expliquer la déplétion en gaz rares observée dans l’atmosphère de Titan par la mission Huygens ; l’étude considère la formation par association radiative, des complexes stables entre Ar, Kr, Xe et H3+ ou les ions protonés, ceci dans la nébuleuse proto-planétaire, avant la formation de Titan en tant qu’objet.La seconde étude analyse les mécanismes piégeant les volatiles dans les glaces, mécanismes à l’œuvre dans les comètes comme dans la lune Europe. Les scénarios d’une origine primordiale commune de O2 et S2 observés dans la comète 67P/C-G lors de la mission ROSETTA, ont pu être validés, donnant des rapports d’abondance avec l’eau proches des observations, et proposant une explication pour la corrélation/non corrélation avec l’eau pour les deux espèces. De même, un scénario pour l’origine des éléments mineurs Na et K détectés dans l’exosphère d’Europe, satellite pour lequel l’intérêt a ressurgi en raison des missions à venir, Juice de l’ESA et Europa Clipper de la NASA, a été étudié et s’est révélé valable également pour Mg et Ca pour lesquels des prédictions d’abondance ont été faites. Du point de vue des simulations numériques, ce travail combine deux approches ab-initio, une approche moléculaire pour la phase gazeuse du premier cas et une approche périodique du solide pour les autres cas. / This project aims at answering some questions in planetology by means of ab-inito quantum chemistry. It can be divided into two main studies. One models the chemical processes likely to explain the noble gases deficiency observed by the Huygens probe in the atmosphere of Titan; it investigates the formation of stable complexes between Ar, Kr, Xe and H3+ or protonated ions by radiative association, in the proto-solar nebula, prior to the formation of Titan. The other analyzes the trapping mechanisms of volatiles in the ice at work in comets as well as in Europa. Scenarios of primordial origin for O2 and S2, observed in comet 67P/C-G by the ROSETTA probe, were thus validated, giving abundance ratios with H2O close to those observed and proposing an explanation for the respective correlation/non-correlation with water of the two species. Also, a scenario for the origin of trace elements Na, K detected in the exosphere of Europa whose interest is revived by anticipating the missions Juice and Europa Clipper, was argumented and found available for Mg and Ca to predict relative abundancies to be observed. The computational work combines two ab-inito approaches, molecular calculations in gaseous phase in the first case and periodic solid state calculations in the second.

L’extraction du moment cinétique au sein des disques protostellaires est le processus clé qui détermine la masse finale accrétée par une étoile, ainsi que les conditions de formation de son cortège planétaire. Il a été proposé que les jets protostellaires pourraient jouer un rôle essentiel dans cette extraction, via un processus magnétohydrodynamique (MHD). L’objectif principal de ce travail de thèse est de mettre à profit le gain révolutionnaire en résolution et en sensibilité apporté par l’interféromètre submillimétrique ALMA afin de clarifier le processus d’accrétion-éjection à l’œuvre dans les protoétoiles. Cette pro- blématique est abordée selon trois axes complémentaires i) confrontation des modèles théoriques de vent de disque MHD à la dynamique du jet de HH212 observé par ALMA à haute résolution angulaire. Je présente la découverte de signatures de rotation en SO/SO2 dans le jet qui, avec la dynamique de SiO, sont cohérentes avec un vent de disque MHD lancé entre 0.05 et 40au. ii) étude analytique et numérique de l’impact de la variabilité d’un jet rapide pulsant sur un vent de disque. J’identifie des signatures observationnelles de la présence d’un vent de disque à partir de l’étude morphologique et cinématique des coquilles de choc d’étrave. iii) signatures chimiques d’un jet lancé en deçà de la région de sublimation des poussières (∼ 0.2 au). Je montre que malgré la forte irradiation du jet et l’absence de poussière, des molécules telles que SiO ou CO peuvent se former efficace- ment à partir d’une faible fraction de H2. Ce scénario pourra être confronté aux futures observations JWST. / The question of angular momentum extraction from protoplanetary disks (hereafter PPDs) is fundamental in understanding the accretion process in young stars and the formation conditions of planets. Pioneering semi-analytical work, followed by a growing body of magnetohydrodynamic (MHD) simulations, have shown that when a significant vertical magnetic field is present, MHD disk winds (hereafter MHD-DWs) can develop and ex- tract some or all of the angular momentum flux required for accretion. The aim of this PhD thesis is to exploit the unprecedented capabilities provided by ALMA to clarify the accretion-ejection process in protostars. This goal is achieved following three approaches: 1) comparison of MHD-DW models with the kinematics of HH 212 jet observed by ALMA at high angular resolution. I report the discovery of a rotating SO/SO2 wind consistent with a MHD-DWs launched out to ∼40 au with SiO tracing dust-free streamlines launched from 0.05−0.3 au. 2) Analytical and numerical study of the interaction between a pulsat- ing inner jet embedded in a stationary disk wind. Observational signatures are identified from the morphology and the kinematics of bow-shock shells. 3) Chemical signatures of a jet launched inside the dust sublimation radius (∼ 0.2 au). I show that despite the strong X-FUV field and the absence of dust, molecules like SiO or CO can form efficiently from a small fraction of H2. This scenario will be confronted to JWST observations.

Les météorites et particules de poussière interplanétaire apportent des contraintes sur la formation et l’évolution de la matière dans le système solaire. Les micrométéorites, dont certaines proviennent des régions externes du système solaire, représentent la source dominante de matière extraterrestre arrivant sur Terre. Les micrométéorites collectées dans les neiges antarctiques sont dans un excellent état de conservation du fait de conditions géographiques et météorologiques favorables à leur préservation. La collection CONCORDIA/CSNSM de micrométéorites contient en particulier des micrométéorites peu altérées thermiquement lors de leur entrée atmosphérique. Certaines sont caractérisées par une très haute teneur en matière organique, dépassant 50% en volume, très largement au dessus des valeurs habituelles trouvées dans les météorites. Cette matière organique présente de plus la spécificité d’être fortement enrichie en deutérium et contient jusqu’à cinq fois plus d’azote celle extraite des météorites.Les différents scénarios proposés pour expliquer la formation de cette matière et satisfaisant à l’ensemble des caractéristiques de ces micrométéorites impliquent des corps parents orbitant au-delà de Neptune, dans la ceinture de Kuiper ou dans le nuage de Oort. La température y est suffisamment basse pour condenser à leur surface les molécules volatiles comme l’azote et le méthane tandis qu’ils sont exposés à l’action radiochimique du rayonnement cosmique galactique. Afin de contraindre ces scénarios, des expériences ont été conduites en exposant différentes glaces N2-CH4 aux faisceaux d’ions du GANIL simulant ce rayonnement. L’évolution chimique des glaces au cours de l’irradiation et pendant le recuit des échantillons a été suivie par spectroscopie infrarouge au moyen de deux dispositifs disponibles au CIMAP : la chambre d’analyse CASIMIR et le nouvel appareil IGLIAS. Des analyses complémentaires ex situ ont été menées par spectrométrie de masse. Les résultats apportant des éléments de réponse à l’origine de la matière organique des micrométéorites ultracarbonées ainsi que sur l’origine de leur enrichissement isotopique seront présentés et discutés. / Extraterrestrial materials, such as meteorites and interplanetary dust particles, provide constraints on the formation and evolution of organic matter in the young solar system. Micrometeorites represent the dominant source of extraterrestrial matter at the Earth’s surface, some of them originating from large heliocentric distances.Micrometeorites recovered from Antarctica snows provide a unique source of pristine interplanetary dust particles, which underwent a minimal weathering at atmospheric entry. A few percent are characterized by very large carbon content with at least 50% in volume, much higher than the value found in meteorites. This organic matter exhibits extreme deuterium excesses and is unusually nitrogen-rich.Several formation scenarios have been proposed for the formation of the N-rich organic matter observed in UCAMMs, suggesting that these particles come from a parent body orbiting beyond the nitrogen snow line, in the outer Solar System where they are exposed to ions from the galactic cosmic rays. We experimentally evaluate the scenario involving high energy irradiation of icy bodies subsurface orbiting at large heliocentric distances by irradiating N2-CH4 ices with swift heavy ions provided by the GANIL facility. Chemical evolution was monitored by Fourier transform infrared spectroscopy with two experimental set-up : CASIMIR and IGLIAS. Ex situ mass spectroscopy measurement where also conducted. Results concerning the origin of the organic matter found in ultracarbonaceous micrometeorites and the origin of its deuterium enrichment will be presented and discussed.

Electron-ion recombination and ion-neutral interactions play a piv- otal role in the chemical evolution of molecules in the Interstellar Medium (ISM). Physical conditions under which these processes un- dergo in the ISM include a wide range of temperatures and particle number densities. This work contributes to the experimental study of named low temperature phenomena in the range of 30 K to 300 K focusing on the reactions of hydrogen-containing light molecules. The employed experimental techniques are based on a combination of a Stationary Afterglow (SA) instrument with a Continuous Wave Cavity Ring-down Spectrometer (cw-CRDS). The main contributions of this work can be split into three topics. (1) The proton and deuteron con- taining isotopic system of H3 + ions. The isotopic fractionation process in collisions with hydrogen and deuterium gas was investigated in low temperature discharges, nominal ion temperatures of 80 K to 140 K, to deduce relative ion densities in the experiments. These are necessary for afterglow studies of isotopic effects in electron-ion recombination of the studied ions. (2) Vibrational spectroscopy of N2H+ ions focusing on first overtone (2ν1 band) transitions and ion thermometry, the first step towards studies of electron-ion recombination. (3) The role of para/ortho spin...