Formation et réactivité des aérosols carbonés dans les atmosphères planétaires – FRAPA

L’objectif principal du projet FRAPA est de mieux appréhender l’évolution physico-chimique des atmosphères planétaires comme celle de la Terre ou de Titan ainsi que la distribution de particules dans le milieu interstellaire. A cette fin, il est essentiel d’étudier les mécanismes de formation, de croissance et de destruction de nanoparticules carbonées induits par les rayonnements ionisants. Les particules carbonées sont variées allant des grandes molécules à des systèmes de taille nanométrique. Sur Terre, les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont produits lors de la combustion et constituent des intermédiaires cruciaux dans la formation et la croissance des particules de suies. Dans l’espace, les particules carbonées sont produites dans les jets d’étoiles riches en carbone où des chaines carbonées grandissent en HAP ou fullerènes. Dans cette approche ascendante ces molécules s’agrègent en structures plus grandes pour conduire aux nanoparticules. Toutefois, l’origine de ces grandes espèces carbonées et des squelettes hétérocycliques (azotés ou oxygénés) les constituant demeure toujours incomprises.

Dans le cadre du projet FRAPA, nous proposons d’étudier la croissance de particules et leurs mécanismes de destruction induits par la collision d’ions avec des agrégats carbonés non covalents (agrégats de HAP purs ou hétérogènes avec de l’eau ou de l’ammoniac, de petits hydrocarbures). A cette fin, un équipement expérimental pompe-sonde original sera développé pour la première fois avec des ions pour la pompe et des photons pour la sonde. Ce dispositif permettra de préparer des systèmes complexes et d’identifier clairement les produits finaux de réaction par spectrométrie de masse. L’objectif est d’obtenir des informations détaillées sur ces produits de réaction (taille, structure, stabilité et durée de vie). Le projet bénéficiera grandement une support théorique (en collaboration avec LCPQ, Toulouse et UAM, Madrid) de l’accès aux différentes lignes de faisceau du GANIL (Grand Accélérateur National d’Ions Lourds, Caen, France) permettant l’étude de la fragmentation et de la réactivité des systèmes d’intérêt sur une large gamme d’énergie cinétique des ions allant du keV au GeV. Ainsi différents mécanismes peuvent être induits par l’énergie potentiel, le pouvoir d’arrêt nucléaire, l’excitation électronique ou l’ionisation. Les ions disponibles permettent ainsi de modéliser le vent solaire ou les ions piégés dans la magnétosphère des grandes planètes mais aussi le rayonnement cosmique.

Résument, les études envisagées permettront de répondre à certaines questions relatives à la dynamique de fragmentation et à la réactivité de systèmes moléculaires complexes (par exemple, la croissance et la formation de nouvelles molécules) induites par la collision avec des ions. Ainsi le projet FRAPA contribuera à des avancées aussi bien dans les domaines de l’astrophysique et astrochimie (par exemple, la formation de molécules prébiotiques ou la formation de poussières) que dans la recherche atmosphérique (phénomène de nucléation, formation d’aérosols, vieillissement des nanoparticules).