Cette thèse a été réalisée avec l'Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay sur la ligne AILES du centre de rayonnement synchrotron SOLEIL. L'objet de cette thèse est la spectroscopie à haute résolution dans l'infrarouge lointain de molécules possédant un intérêt pour l'astrophysique. Deux groupes de molécules distincts ont été abordés : des molécules hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) et des petites molécules protonées. Les spectres de rotation-vibration de ces différentes molécules ont été enregistrés avec un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier qui utilise le rayonnement synchrotron extrait par la ligne AILES comme source de continuum infrarouge.Concernant les molécules d'HAPs, les bandes infrarouge lointain (IRL) de la quinoxaline, la quinazoline, le [1,5]-naphthyridine, le [1,6]-naphthyridine et l'indole ont été obtenus à température ambiante dans une cellule à long parcours optique. Nous avons analysé les structures rotationnelles extrêmement denses des bandes IRL les plus intenses par la technique des combinaisons de différence car chaque mode possède une densité spectrale particulièrement importante. Des calculs DFT anharmoniques ont également été effectués afin de guider nos analyses. Les résultats préliminaires obtenus avec le dispositif Jet-AILES mis en place sur la ligne AILES concernant les molécules de fluorène et de phénanthrène, qui sont des molécules d'HAPs avec trois cycles aromatiques, sont également présentés.Pour les molécules protonées, les spectres ont été obtenus dans une cellule à décharge de type « cathode creuse ». Cette cathode pouvant être refroidi à l'azote liquide a été développé au cours de cette thèse. Les spectres de rotation-vibration de six molécules (H3+, N2H+, HCO+, ArH+, KrH+ et XeH+) ont été enregistrés dans l'infrarouge moyen (1400-4000 cm-1) ainsi que le spectre de rotation pure dans l'infrarouge lointain de quatre d'entre-elles (N2H+, ArH+, KrH+, XeH+). L'analyse des spectres des molécules de KrH+ et de XeH+, possédant de nombreuses transitions appartenant à plusieurs espèces isotopiques présentes en abondance naturelle, a été réalisée en utilisant un Hamiltonien de type Dunham pour traiter simultanément l'ensemble des isotopes. Des résultats préliminaires prometteurs en termes de sélectivité et de de sensibilité sont également présentés, avec la mise en place d'un système de détection synchrone associé à une modulation de la concentration des espèces réactives produites dans la cellule à décharge.Les résultats présentés dans ce manuscrit pourront aider à la détection et à la quantification d'espèces présentes dans le milieu interstellaire par comparaisons avec des données d'observation astronomique. / This thesis was conducted with the “Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay” on the AILES beamline at the synchrotron facility SOLEIL. The subject of this thesis deals with the high-resolution spectroscopy of molecules in the far infrared which have an astrophysical interest. Two different groups of molecules were investigated: polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and light protonated molecules. The rotation-vibration spectra of these molecules have been recorded with a Fourier transform infrared spectrometer using the synchrotron radiation extracted by the AILES beamline as an infrared continuum source.Concerning PAH molecules, the spectra of quinoxaline, quinazoline, [1,5]-naphthyridine, [1,6]-naphthyridine and indole were obtained at room temperature with a long optical path cell. The rotationally resolved vibrational bands were analyzed by the ground state combination differences technique because each mode has a particularly large spectral density. Anharmonic DFT calculations were also performed to support our analysis. Preliminary results obtained with the supersonic jet experiment available on the AILES beamline (Jet-AILES) on the fluorene and phenanthrene molecules with three aromatic rings.For the protonated molecules, the spectra were recorded using a discharge cell in a "hollow cathode" configuration. The cathode which can be cooled down to liquid nitrogen temperature has been developed during this thesis. The spectra of rotation-vibration of six cations (H3+, N2H+, HCO+, ArH+, KrH+ and XeH+) were recorded in the mid-infrared (1400 to 4000 cm-1) and the pure rotational spectrum in the far infrared for four of them (N2H+, ArH+, KrH+, XeH+). The KrH+ and XeH+ spectra which contained many transitions belonging to several isotopologues in natural abundance have been analyzed with a Dunham Hamiltonian to treat all isotopologues. Promising preliminary results in terms of selectivity and sensitivity are also presented concerning the establishment of a phase sensitive detection system associated with a concentration modulation of the reactive species produced in the discharge cell.The results reported in this manuscript could be used to allow the detection and the quantification of species present in the interstellar medium by comparison with astronomical observation data.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2015SACLS049 |
| Date | 22 October 2015 |
| Creators | Gruet, Sébastien |
| Contributors | Université Paris-Saclay (ComUE), Bréchignac, Philippe |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text, Image, StillImage |
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