Nos tutelles

CNRS

Nom tutelle 1

Nos partenaires

Nom tutelle 2 Nom tutelle 3

Rechercher





Accueil > Recherche > Équipe Spectroscopie - Planétologie - Atmosphères - Clathrates - Environnement > Présentation des thématiques de recherche > Archives

Spectroscopie des atmosphères planétaires et cométaires

par Petit Jean-Marc -

Chercheurs : J. Buldyreva, A. Lakhlifi, G. Moreels, P. Rousselot

Période 2012-2016.

Les thématiques spectroscopiques de l’équipe SPACE s’articulent autour des 4 grands axes détaillés ci-après.

La modélisation de spectres moléculaires dans de larges gammes de température et de pression constitue historiquement l’une des thématiques-clés développées à Besançon, pour laquelle nous bénéficions d’une reconnaissance internationale (méthodes de calcul adoptées par la communauté internationale des spectroscopistes).

Pour le cas de raies spectrales isolées, nous développons des méthodes de calcul de nature principalement semiclassique, qui s’appliquent à quasiment toutes les petites molécules (jusqu’à 5-6 atomes) présentes dans les atmosphères planétaires et milieux en combustion :
CO2,
H2O,
O3,
N2,
O2,
C2H2,
C2H4,
NO,
N2O,
HCN, OH,
H2CO,
CH4.
Pour les raies superposées, comme c’est le cas pour le spectre d’absorption infrarouge de CO2 (application à l’atmosphère de Vénus) ou pour les spectres de diffusion Raman isotrope de N2 (diagnostic des milieux en combustion), la description théorique des intensités spectrales observées nécessite des approches complètement différentes, basées sur des lois d’échelle dynamiques. Etant donné le besoin de données théoriques de haute précision (0,3 % pour les raies fortes et 1-2 % pour les raies faibles) pour l’interprétation des spectres enregistrés par the Orbiting Carbon Observatory (OCO) et Greenhouse gases Observation SATellite (GOSAT), nos études futures dans ce domaine se focaliseront prioritairement sur la modélisation de l’absorption infrarouge par le dioxyde de carbone et des molécules de la famille du méthane.
Les molécules dérivées de méthane CH3Cl, CH3Br, CH3CN sont également au programme, car elles sont candidates à la nouvelle édition de la base HITRAN.

La description quantique des collisions moléculaires consiste en des calculs de sections efficaces de transitions rotationnelles lors de collisions entre deux molécules, en utilisant la méthode quantique Close Coupling (code MOLSCAT). Ces sections efficaces donnent accès aux taux de collisions (ou constantes de vitesses de collisions) utilisés pour l’interprétation des observations du milieu interstellaire (caractérisé par des températures et pressions très basses, donc nécessitant des approches purement quantiques). Le système moléculaire privilégié dans nos études est le couple H2O-H2, étant donnée l’importance de l’eau dans les différents milieux d’intérêt astrophysique (comme l’équilibre thermique des nuages interstellaires, par exemple) ainsi que l’intérêt prioritaire porté à cette molécule par l’instrument HIFI de l’observatoire spatial Herschel (lancé en mais 2009). Les taux de collisions pour ce système ont été obtenus pour des températures de 5K à 1500K, en utilisant les surfaces de potentiel les plus récentes. Dans l’avenir, nous envisageons d’élargir nos approches théoriques à la molécule CS et à l’ion N2H+ (utilisés comme traceurs pour l’étude des nuages moléculaires froids dans les régions de formation d’étoiles) en collision avec la molécule H2.
Les collisions de chacune de ces molécules avec l’atome d’hélium ont déjà été traitées et les taux obtenus ainsi sont parfois utilisés pour déduire des taux relatifs à la collision avec H2 en effectuant une correction à l’aide d’un facteur fonction du rapport des masses réduites des deux systèmes. Cette méthode est très approximative et le calcul des sections efficaces avec H2 comme molécule perturbatrice est essentiel.

Spectroscopie d’absorption infrarouge de molécules adsorbées
Les études concernant les spectres d’absorption infrarouge de molécules adsorbées
sur des grains de poussière interstellaire (simulée par un substrat de graphite) se focalisent sur les molécules NH3, H2CO,2O, HCN, .... Ces quatre molécules représentent un intérêt tout particulier car elles pourraient, si elles se trouvaient sur un même grain, diffuser et se rapprocher les unes des autres pour éventuellement réagir et former une molécule de glycine, brique de base des acides aminés (et donc, un traceur des origines de la vie). En parallèle, nous développons un modèle pour le spectre infrarouge de la molécule d’ammoniac NH3 piégée dans une molécule de fullerène C60.
De nouvelles modélisations de spectres de molécules telles que H4, CO2 piégée dans des clathrates hydrates (nouvelle thématique d’un grand intérêt pour la planétologie et l’exobiologie) sont envisagées dans le cadre du programme " Environnements Planétaires et Origines de la Vie" (EPOV) soutenu par l’INSU.

Les études des atmosphères cométaires s’articulent principalement autour des mesures de rapports isotopiques, ayant pour but de mieux contraindre les origines des comètes. Grâce à une collaboration avec le Laboratoire d’Astrophysique de l’Université de Liège, nous disposons actuellement de données observationnelles uniques obtenues avec le spectromètre haute résolution UVES sur le VLT et différentes comètes. Pour interpréter ces spectres et effectuer une mesure précise de ce rapport isotopique, nous sommes actuellement en train de développer un modèle basé sur des travaux passés de modélisation du spectre de fluorescence du radical C2. Les données obtenues pourront être comparées avec celles obtenues à partir d’autres radicaux (CN et HCN).
En perspective, à partir des mêmes données observationnelles et des raies d’émission de NH2, nous envisageons une modélisation du rapport 15N/14N, qui impliquerait des collaborations étroites avec des expérimentateurs. Des observations à haute résolution de la raie de l’oxygène atomique sont également programmées et devraient permettre d’obtenir des données sur le profil de raie de cet atome dans les comètes. La modélisation de ce pro-fil et sa comparaison avec la distribution et la vitesse de déplacement des molécules d’eau devraient permettre de mieux préciser son origine dans les comètes.