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Cinétique et détermination des rapports de branchements de processus collisionnels à très basses températures – CRESUSOL

Cinétique et détermination des rapports de branchements de processus collisionnels à très basses températures

Comprendre les mécanismes qui régissent les réactions élémentaires conduisant à la formation de molécules et d'agrégats à très basse température pour la modélisation d'environnement gazeux tels que les atmosphères des planètes du système solaire ou les nuages interstellaires.

Mesures de constantes de vitesse et rapports de branchements de réactions

L'objectif principal de ce projet est de détecter les réactants et produits de réactions à de très basses températures jamais atteintes précédemment pour de telles mesures (jusqu'à 20K) afin de mesurer les coefficients de vitesse de ces réactions ainsi que leurs rapports de branchement, au moins pour certaines voies de sortie potentielles.

Une version pulsée de la technique CRESU sera implémentée à SOLEIL afin de faire les mesures expérimentales par photoionisation VUV (ligne DESIRS) et spectrométrie de masse.

Les 6 premiers mois du projet ont permis d'établir le cahier des charges du desgin du caisson d'expérience, de son châssis et de commencer à rentrer dans les détails du système de détection. Il s'est avéré que le quadrupôle initialement prévu devait être remplacé par un spectromètre de masse à temps de vol.

Les tous prochains mois seront consacrés à la finalisation du design du système de détection afin de dessiner et commencer la construction de l'ensemble du dispositif expérimental à implenter à terme à SOLEIL.

Aucun à ce jour.

Comprendre les mécanismes qui régissent les réactions élémentaires conduisant à la formation de molécules et d'agrégats sous des caonditions variées (en particulier à très basse température) est d'un intérêt fondamental et fournit des information cruciale pour la modélisation d'environnement gazeux tels que les atmosphères des planètes du système solaire ou les nuages interstellaires.

L'objectif principal du projet est de sonder les réactants et produits de réactions à des températures beaucoup plus basses (jusqu'à 20 K) que ce qui existe dans la litérature actuelle afin de mesurer les constantes de vitesse pour une série de réaction (incluant la dimérisation) ainsi que les rapports de branchement au moins pour quelques canaux de sortie. La connaissance de ces informations est de la première importance pour la modélisation des environnement naturels gazeux froids.

Pour accomplir cet objectif, une nouvelle version à gaz pulsé de la technique CRESU bien connue (Cinétique de Réaction en Ecoulement Supersonique Uniforme) va être couplée à un spectromètre de masse pour sonder les réactants et les produits de réaction après photoionisation au seuil à partir du rayonnement VUV de la ligne DESIRS de SOLEIL. Ce travail impliquera une collaboration étroite entre chimistes et physiciens experts en dynamique et cinétique de réaction expérimentale et théorique ainsi qu'en spectrométrie de masse et techniques de photoionisation. Nous prévoyons:
(1) de développer à Rennes une nouvelle chambre d'expérience CRESU transportable contenant le nouveau système d'injection pulsée de gaz récemment breveté auquel sera associé un spectromètre de masse
(2) d'implanter cet appareillage sur la ligne DESIRS qui permettra de photoioniser les réactants et les produits de réaction afin d'obtenir les rapports de branchement et les constantes de vitesse par détections des ions par spectrométrie de masse
(3)de comparer ces résultats à des calculs effectués au Argonne National Laboratory (USA) à partir de techniques de pointe

Ce nouvel appareillage CRESU pulsé, après sa réalisation à Rennes, sera déplacer au synchrotron SOLEIL pour son couplage avec la ligne DESIRS. Sept réactions choisies pour leur iintérêt pour la chimie des atmosphères planétaires, les environnements astrophysiques et aussi pour leur intérêt fondamental en réactivité chimique ont été sélectionnées:

1- CN + H2C=CH2 ? H2C=CHCN + H (1a)
H2C=CH + HCN (1b)
2- C2H + H2CCHHCCH2 ? + H (2a)
? + H (2b)
3- NH2 + NO ? N2H + OH (3a)
? N2 + H2O (3b)
? N2O + H2 (3c)
4- CH + CH4/CH3D ? C2H4/C2H3D + H (4a)
? C2H3 + H2/HD (4b)
5- C3H3 + C3H3 ? C6H6 (and different isomers) (5a)
? C6H5 + H (5b)
6 - C2H5 + C2H5 ? C4H10 (6a)
? C2H4 + C2H6 (6b)
7 - H2O + H2O ? (H2O)2 (7)

L'assemblage de compétences diverses et complémentaires induira une synergie qui permettra de considérablement accroître nos connaissances des mécanismes régissant ces réactions et constituera un test poussé des méthodes théoriques. En effet, sous des conditions de très basse température, toute description théorique devient fortement dépendente de la qualité (précision) des surfaces de potentiel qui sont utilisées. Les présents résultats seront directement utilisables sans extrapolation dans la modélisation des environnements froids (nuages interstellaires et atmosphères planétaires). Les rapports de branchements peuvent en effet dépendre de la température ce qui peut avoir des conséquences importantes pour la modélisation de ces environnements (ouverture ou fermeture de voie de sortie)

Au delà de l'intérêt astrophysique, les percées scientifiques qu'induira ce projet seront d'un grand éclairage pour la cinétique chimique réactive.

Coordinateur du projet

Monsieur Sébastien LE PICARD (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE BRETAGNE ET PAYS- DE-LA-LOIRE) – sebastien.le-picard@univ-rennes1.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IPR CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE BRETAGNE ET PAYS- DE-LA-LOIRE
Synchrotron Soleil SYNCHROTRON SOLEIL

Aide de l'ANR 530 000 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2011 - 48 Mois

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