Transcript Titre de la thèse : Modélisation de la réactivité de molécules

Agence
Nationale de la
Recherche
ANR-13-BS080005-03
Financement (3 ans): Agence Nationale de la Recherche - Programme BLANC
PARCS (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Reactivity in Cryogenic Solids)
Titre de la thèse : Modélisation de la réactivité de molécules carbonées polycycliques sur des grains pour la chimie interstellaire ou atmosphérique
Encadrement : : C. Toubin ([email protected])
Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules (PhLAM) - UMR CNRS 8523,
Group
«Physico-Chimie
Moléculaire
Théorique»,
Université
Lille
1
(http://www.phlam.univ-lille1.fr/spip.php?article120))
Co-encadrement : A. Simon ([email protected])
Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ) UMR5626, Group
« Modélisation, Agrégats, Dynamique », Université Paul Sabatier, Bât. 3R1b4, 118 route
de Narbonne, 31062 Toulouse Cedex 09 France (http://www.lcpq.ups-tlse.fr)
Objectif de la thèse:
Les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP ou « PAHs ») sont des
macromolécules organiques composées d’atomes de carbone et d’hydrogène avec au
moins 2 cycles aromatiques, présentant un intérêt astrophysique. Elles représenteraient 15
à 20 % du carbone interstellaire, et seraient les porteurs des bandes aromatiques
infrarouges (« AIBs »), bandes d’émission infrarouge (IR) observées entre 3 et 15 µm
dans de nombreuses régions du milieu interstellaire (MIS). Elles sont également des
candidats intéressants pour les bandes interstellaires diffuses (« DIBs »), des bandes
d’absorption observées dans le visible et le proche IR, dont l’origine demeure
mystérieuse. Malgré de nombreuses études expérimentales et théoriques, aucune
molécule PAH n’a été identifiée et une panoplie d’espèces dérivées des PAH a été
proposée (PAH ionisés, substitués, complexés, agrégés …).
L’ambition du projet PARCS est d’apporter de nouveaux éléments pour comprendre
l’attribution de ces bandes en étudiant :
1) Les réactions des HAP avec des atomes et des agrégats de Fe. L’hypothèse de
la formation de complexes Fex(PAH)y a été proposée pour expliquer la sousabondance du fer atomique dans la phase gazeuse du MIS, mais aucune étude sur
les complexes neutres n’a validé cette hypothèse à notre connaissance.
2) Les photo-réactions des HAP dans ou sur des glaces d’eau. Dans les nuages
moléculaires denses, atomes et molécules se condensent sur des particules de
poussière froide ou de glace où ils sont transformés par des processus thermiques
et photochimiques, pour former des molécules plus complexes pouvant être
d’intérêt astrobiologique.
La spectroscopie IR, associées à des techniques d’isolation en matrice, est la
principal outil pour étudier la composition des glaces interstellaires, et a permis
d’identifier des molécules simples (NH3, CO2, OCS, CH3OH) et de comprendre la
formation d’espèces plus complexes. Alors que la spectroscopie IR des glaces existe
depuis de nombreuses années, celle des glaces contenant des HAP a juste récemment
démarré et a montré que les HAP neutres pourraient jouer un rôle important et inattendu
dans la chimie des glaces interstellaires. L’originalité du projet PARCS est de
proposer des études théoriques et expérimentales à la pointe, menées en synergie,
pour comprendre ces réactions
Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse théorique sera de conduire des études
de modélisation moléculaire dans le but de mieux comprendre les expériences de
spectroscopie IR en milieu cryogénique menées à l’ISM (Université Bordeaux I) par
l’équipe de Joëlle Mascetti. Ces expériences sondent la (photo)-réactivité de HAP et
d’atomes de fer en interaction avec des agrégats d’eau ou des glaces en matrice d’argon.
L’étudiant sera formé aux approches de dynamique moléculaire et de chimie
quantique. Il s’agira dans un premier temps de modéliser l’adsorption du HAP sur la
glace avec une approche « champs de forces classiques » appropriée, et dans un
deuxième temps de considérer la réactivité en décrivant la structure électronique du HAP
et des réactifs par une méthode quantique (« Density Functional based Tight Binding »
(DFTB)). Il faudra finalement développer une approche mixte quantique/champ de force
décrire le système PAH dans son environnement.
La thèse sera administrativement rattachée au laboratoire PHLAM de
l’Université de Lille, mais en cotutelle avec le LCPQ de Toulouse. L’étudiant devra
donc faire preuve de mobilité : 18 mois à Lille et 18 mois à Toulouse sont à prévoir.
L’étudiant bénéficiera tout au long de son travail de l’environnement exceptionnel fourni
par les deux laboratoires, en physique moléculaire et en chimie théorique. Le PhLAM et
le LCPQ entretiennent de très nombreux contacts à l’étranger. Des réunions régulières
avec les expérimentateurs de l’ANR, des participations à des conférences nationales et
internationales seront favorisées au cours de la thèse. A l’issue de la thèse, l’étudiant
aura acquis des compétences en physique moléculaire, chimie théorique et en
dynamique classique et quantique, ainsi qu’une solide expérience numérique.
Mots Clés: physique moléculaire, simulation, chimie quantique,
modélisation, astrophysique, grain interstellaire, chimie hétérogène
dynamique,
Compétences requises pour le candidat:
Connaissances en chimie physique, chimie théorique et/ou en physique fondamentale
avec un intérêt pour les problématiques astrophysiques. Motivation pour un travail
théorique impliquant modélisation et simulation numérique et éventuellement pour des
développements méthodologiques. Compétences de bases en informatique et en
programmation (Au cours de la thèse : Développements et applications dans un
environnement Linux, langages de programmation Fortran90 (éventuellement C++)).
Financement :
Allocation doctorale de l’Agence Nationale de la Recherche dans le cadre du programme
ANR-13-BS08-0005-03. Il s’agit d’un financement d’une durée de 3 années pour
effectuer une formation doctorale sur une base d’environ 1700 Euros bruts mensuel.
Durant cette période, le doctorant est contractuel de l'établissement où il s'inscrit en
doctorat et effectue ses travaux de recherche.
Les candidats intéressés doivent envoyer une lettre de motivation, au moins une lettre de
recommandation, et un CV le plus rapidement possible à [email protected] et
[email protected]. Les candidatures (comprenant les 3 documents) seront
examinées immédiatement à leur réception. Elles seront prises en compte jusqu’à ce
qu’un candidat soit reçu. Un entretien aura lieu avant l’embauche définitive. La thèse
commencera en Octobre 2014.