Dynamique à la surface des glaces par imagerie de champ de vitesse – VMICES

La photodésorption (ou désorption induite par photons) de glaces a été suggérée comme un processus de désorption non-thermique majeur expliquant les observations de molécules dans le milieu interstellaire froid. La détermination des rendements de photodésorption à partir d'analogues de glace interstellaire a fait l'objet de nombreuses études au cours de la dernière décennie, mais les mécanismes expliquant la désorption sont encore mal compris. Dans ce projet collaboratif, les groupes de Sorbonne Université (Paris, France) et de l’université Hochschule Hannover (Hannover, Allemagne) combinent et partagent leurs expertises respectives pour apporter un nouvel éclairage sur la dynamique de photodésorption des glaces. Nous proposons une nouvelle approche expérimentale utilisant la méthode de cartographie de champ de vitesses 3D (VMI) pour l'analyse de la photodésorption des glaces (VMICES : velocity map imaging from ices). L'irradiation de glaces condensées de CO, N2, NO et H2O avec des photons de 7 à 14 eV (laser VUV ou rayonnement synchrotron) conduira à la désorption de molécules ou de fragments pour lesquels les distributions de vitesse et angulaires seront mesurées pour la première fois. Cette approche sera cruciale pour expliquer la photodésorption de nombreuses espèces dans l'espace.

Couvrant des domaines d'intérêt tels que l'astrophysique, la dynamique des réactions, la science des surfaces ainsi que la conception de lasers, la nature transdisciplinaire de cette proposition est également apparente dans la composition de l'équipe, le groupe français étant basé en physique, tandis que le groupe allemand est composé de chimistes basés en génie mécanique. L'expertise des deux groupes est complémentaire : Le groupe de Paris a est reconnu pour l'étude de la photodésorption de glaces interstellaires à des températures de quelques kelvins. Le groupe de Hanovre (anciennement à Manchester) est l'un des 5 au monde à avoir développé un spectromètre imageur de champ de vitesse pour les études en surface, capable de déterminer la vitesse de désorption des fragments dans les 3 dimensions de l’espace indépendamment, et donc d'extraire des distributions angulaires. C'est précisément cette capacité de mesurer des distributions angulaires qui, ajoutée au dispositif de Paris, permet de faire la distinction, sinon difficile, entre les différents mécanismes de photodésorption. Par exemple, la répulsion électrostatique, les canaux photochimiques énergétiques ou les canaux de transfert de quantité de mouvement sont tous susceptibles d'avoir des signatures angulaires différentes dans leurs voies de désorption, qui seraient difficiles de distinguer sur la base de leur seule distribution en énergie cinétique.

Les groupes ont déjà collaboré dans le cadre d'un projet franco-britannique de deux ans (PRC CNRS/Royal Society) dans lequel un premier appareil d'imagerie de champ de vitesse a été simulé et conçu. Dans le cadre de ce projet, le dispositif SPICES-VMI sera complété, testé et utilisé pour des expériences allant de la photodésorption de films purs ou mélangés (dont certaines sont préparés sur du graphène). à la désorption de petites molécules organiques chirales à l'aide de lumière polarisée circulairement, qui sont susceptibles de présenter des signatures angulaires différentes, ce qui permet d'exploiter pleinement la capacité du VMI. Ce projet offrira donc une excellente formation, dans deux pays, pour un étudiant en thèse, qui contribuera à une meilleure compréhension de l'abondance de petites molécules observées dans l'espace interstellaire.