Désorption non-thermique issue de glaces moléculaires modèles - vers des données astrochimiques quantitatives
Year: 2024
Type: dissertation
Abstract: Cette thèse présente une étude expérimentale de la désorption non thermique de solides moléculaires physisorbés appelés glaces. La désorption non thermique est cruciale pour expliquer les abondances moléculaires en phase gaz observées dans divers environnements astrophysiques. Ce travail vise à mieux identifier les mécanismes directs et indirects de désorption induite par les photons UV et X et en contraindre les efficacités. Il implique donc l'étude de la désorption induite par les électrons. Sous irradiation UV, des électrons de basse énergie sont créés au sein de la glace par ionisation en couche de valence des systèmes. Sous irradiation X, des électrons plus énergétiques sont créés par la relaxation Auger des systèmes suite à leur excitation ou ionisation en couches de cœur. L'approche expérimentale vise à mieux comprendre le rôle des électrons secondaires dans la désorption en comparant quantitativement les désorptions induites par photons et par électrons.Les glaces moléculaires ont été condensées à des températures cryogéniques (15-100K) sous ultra-vide. Elles ont été irradiées pour induire la désorption à l'aide de photons UV ou X au synchrotron SOLEIL sur le dispositif expérimental SPICES (MONARIS), ou d'électrons sur le dispositif SOMO (ISMO). Les espèces neutres désorbées ont été analysées et quantifiées en temps réel par spectrométrie de masse. Les résidus irradiés ont été ensuite analysés, notamment par désorption thermique et par spectroscopies vibrationnelles. L'effet de plusieurs paramètres, tels que la morphologie de la glace, son épaisseur, l'énergie d'irradiation et la dose, a été étudié. Une intéressante complémentarité est obtenue entre des expériences exploratoires et flexibles sous irradiation d'électrons au laboratoire et celles menées au synchrotron.Deux systèmes modèles ont été étudiés en détail : l'acétonitrile et l'ammoniac. Pour l'acétonitrile, des expériences de désorption induite par électrons simulant les Auger de l'azote et du carbone ont permis d'observer la désorption de la molécule intacte, ainsi que divers produits d'irradiation, dont le méthane et le cyanure d'hydrogène. Les voies de formation possibles pour chaque produit sont discutées. Pour l'ammoniac, les expériences ont inclus des irradiations UV (5-12eV), par électrons de basse énergie (2-20eV), par rayons X au seuil de l'azote et par électrons de haute énergie (Auger de l'azote). Les rendements de désorption quantitatifs ont été déterminés pour l'ammoniac et l'azote moléculaire, principal produit observé dans tous les cas. Ces études reposent sur trois approches pour comprendre la désorption non thermique : i) la détermination des profondeurs pertinentes pour la désorption, ii) l'extraction de rendements quantitatifs et iii) la discussion des modèles cinétiques de désorption. Ces éléments permettent d'établir des comparaisons quantitatives entre les efficacités de désorption induite par photons et par électrons en molécules par particule incidente et en molécules par énergie déposée.Cette étude fournit des contraintes expérimentales pour les processus de désorption non thermique qui pourront alimenter les modèles chimiques des environnements astrophysiques. La détermination des rendements de désorption à différentes énergies de photons permet de calculer des rendements astrophysiques moyens pour un champ de rayonnement donné. L'identification et la quantification des produits d'irradiation contribuent à la compréhension de l'enrichissement chimique de la phase gazeuse. L'obtention par ce travail de valeurs en fonction de l'épaisseur montre l'existence de différents régimes où la désorption est dépendante ou non de l'épaisseur. Ces régimes varient en fonction du type et de l'énergie d'irradiation et doivent être intégrés dans les modèles. Des questions ouvertes subsistent concernant les contributions des processus de surface et de volume, ainsi que la dépendance des paramètres déterminés vis-à-vis de la composition de la glace.
Source: theses.fr (ABES)
Author: Torres Díaz, Daniela
Language: English
Subfield: Astronomy and Astrophysics
Field: Physics and Astronomy
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7036899192
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