Spectroscopie en cavité par peigne de fréquence pour l'astrophysique – CECoSA
Porteuse du projet : Lucile Rutkowski
Le projet CECoSA a pour objectif d’utiliser la spectroscopie par peigne de fréquences optiques dans le moyen infrarouge combiné à la technique CRESU (Cinétique Réactionnelle en Ecoulements Supersoniques Uniformes) afin de réaliser le diagnostic résolu en temps de réactions basse température impliquant des radicaux.
Les radicaux sont primordiaux en astrochimie car ils sont notamment la pierre angulaire de la formation d’espèces complexes telles que les hydrocarbures aromatiques polycycliques (PAH) ou les molécules organiques complexes (COM), dont la présence dans le milieu interstellaire a été observée et dont les processus de formation sont encore mal connus. La compréhension de la cinétique et des voies de sortie de ces processus fondamentaux est vitale pour la modélisation de la physico-chimie des atmosphères planétaires et des nuages interstellaires. Elle requière des études de laboratoire approfondies aux températures correspondant à celles des atmosphères extraterrestres, comme celle de Titan (70-150 K), ou des nuages interstellaires (10-100 K). En particulier, les réactions entre radicaux jouent un rôle prédominant à basse température puisque cette interaction peut engendrer de multiples surfaces d’énergie potentielle (PES) corrélées adiabatiquement avec les réactants, donc plusieurs voies de sortie. Afin de les quantifier, il est nécessaire de détecter la formation de tous les produits.
La technique CRESU est la technique de choix pour mener à bien ces études cinétiques car elle permet de sonder des échantillons gazeux à des températures allant de 13 à 150 K. Cependant, sonder les processus moléculaires ayant lieu dans ces écoulements nécessite une technique de détection rapide, quantitative, sensible et multi-espèce. La spectroscopie par peigne de fréquences optiques utilisée comme diagnostic en CRESU offre tous ces avantages en une seule mesure, et ouvre la voie à la détection simultanée des taux de consommation des réactifs, des taux de formation des différents produits, ainsi que de possible complexes intermédiaires.
Le projet CECoSA réalisera d’ambitieux développements expérimentaux, combinant pour la première fois peignes optiques dans le moyen infrarouge, cavités optiques et spectroscopie à transformée de Fourier ultra-rapide, ce qui rendra possible de suivre l’évolution de réactions chimiques avec la sensibilité et la rapidité nécessaires. Cet instrument sera le premier outil de diagnostic basé sur des peignes de fréquence opérant en écoulements supersoniques uniformes. Il sera employé pour répondre à des questions scientifiques clés dans le domaine de l’astrochimie. Il ciblera plus particulièrement les réactions radical-radical, qui représentent un défi expérimental important.
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