Thèse de Julie Renoud (LCAR), octobre 2020


Titre : Étude expérimentale des interactions du vent solaire avec la molécule prébiotique d’hydantoine (C3N2O2H4)

Résumé
La molécule d’hydantoine (C3N2O2H4) est une molécule prébiotique, suspectée d’avoir joué un rôle dans l’apparition de la vie sur Terre. Cette molécule a été détectée dans les échantillons de plusieurs météorites et est donc potentiellement présente dans les éjectas gazeux des comètes, où elle interagit avec le vent solaire composé d’électrons et d’ions énergétiques. La physico-chimie de l’hydantoine en interaction avec des électrons de 100 eV qui sont l’un des composants majoritaires du vent solaire a été étudiée grâce au dispositif expérimental SWEET (Stellar Wind and Electrons interactions on astrophysical molecules - Experiment and Theory), développé au cours de cette thèse au LCAR (Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité) dans l’équipe Interaction Ions Matière. Ce dispositif à faisceaux croisés pulsés permet la réalisation de collisions uniques entre une molécule neutre isolée et un électron ou un ion mono-chargé. Plusieurs spectrométries peuvent être réalisées en coïncidence pour une même interaction : spectrométrie des électrons émis et diffusés ainsi que spectrométrie ionique par imagerie des vecteurs vitesses (VMI) et par temps de vol. Ces techniques permettent d’identifier les fragments ioniques éventuellement formés, de caractériser la dynamique de fragmentation, de mesurer le seuil énergétique d’apparition des voies de dissociation et de sonder les états excités de la molécule. Les résultats expérimentaux ont été complétés par des calculs de chimie quantique (DFT B3LYP/6-311++G(d,p)) donnant accès aux énergies et géométries de la molécule et de ses fragments pour divers états charge, ainsi qu’aux barrières de potentiel associées aux voies de fragmentation. Parmi les résultats importants obtenus, l’interaction de l’hydantoine avec le vent solaire a montré une faible résistance de la molécule à la charge (q>+3) et une ouverture de son cycle dans le dication qui pourrait être intéressante pour sa contribution potentielle à la formation de molécules plus complexes intervenant dans le vivant. Les seuils d’apparition des fragmentations majoritaires du cation et du dication ont également été mesurés pour la première fois et des schémas de réaction théoriques, en accord avec les mesures, ont été proposés. Les résultats nouveaux obtenus pendant cette thèse avec le dispositif SWEET ouvrent la voie à des mesures quantitatives des mécanismes de relaxation observés (sections efficaces absolues) qui permettront une caractérisation fine et complète de cette interaction spécifique : hydantoine – vent solaire.

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