Modélisation de mouvements de torsion : signature spectroscopique de molécules astrophysiques et pré-biotiques entre 0,001 et 2 Thz. – TopModel

TopModel (modélisation de toupies) est un projet qui va aborder un des problèmes d'actualité de la spectroscopie moléculaire en phase gazeuse à haute résolution : comment modéliser, avec la plus grande précision possible, la signature caractéristique de mouvement(s) de torsion dans une molécule contenant un ou plusieurs groupements fonctionnels soumis à un mouvement de grande amplitude. La nécessité d'apporter une soulution à ce problème est directement liée au besoin pressant d'observer et de caractériser la signature (sub)-millimétrique de molécules astrophysiques et pré-biotiques (principalement des molécules organiques de masse inférieure à 500 uma) contenant des groupements CH3, OH ou NH2. A titre d'application, ces molécules sont parmi les nouvelles cibles visées dans les observations futures des radio-telescopes HERSCHEL (observatoire spatial), ALMA (Atacama Large Millimeter Array) et SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy). Le PhLAM et le LISA vont mettre en commun leur expertise en spectroscopie moléculaire afin d'être compétitifs au niveau international et de répondre aux défis expérimentaux et théoriques. Sur le plan expérimental, notre projet vise à enregistrer la signature spectrale de molécules sélectionnées, dans la gamme de fréquences allant de 0,001 à 2 THz, en utilisant les spectromètres micro-onde, millimétrique et sub-milllimétrique du PhLAM, dont la jouvence est nécessaire, ainsi que le jet moléculaire supersonique Jet-AILES (développé par le consortium PhLAM-LADIR-PALMS) qui sera prochainement implémenté au spectromètre IRTF de la ligne de lumière AILES (RS Soleil), afin de bénéficier de la haute brillance annoncée dans le domaine THz. Sur le plan théorique, notre projet va étudier un ensemble de questions liées aux effets de non-rigidité dans des molécules présentant des mouvements internes de un ou plusieurs groupements CH3, OH ou NH2. Plus spécifiquement, la rotation interne d'un tel groupement au sein d'une molécule sera examiné en fonction de la conformation de cette dernière, ou bien pour décrire des états de torsion-rotation hautement excités. Les effets de la rotation interne de deux groupements non-équivalents au sein d'une molécule seront également étudiés. Dans chaque cas, la signature de l'effet tunnel et le couplage des mouvements de grande amplitude avec la rotation globale seront modélisés. Les molécules choisies sont des cibles astrophysiques comme l'éthanol, le formate de méthyle, l'acétamide, et les terpènes. Des calculs de chimie quantique seront effectués pour prédire les structures moléculaires et les barrières énergétiques. Des programmes d'ordinateur seront écrits et utilisés pour l'interprétation de spectres qui seront obtenus avec les radio-télescopes avec une sensibilité et une résolution jamais atteinte, jusqu'à plusieurs THz. Il s'agit d'un projet de recherche fondamentale dans le domaine de la chimie-physique avec pour application des bases de données astrophysiques et atmosphériques.