Physique Moléculaire


Soutenance de thèse Julien LABBE : « Détection et étude de micro-déplacement des contacts sous contrainte vibratoire et leurs conséquences sur les matériaux et revêtements des connecteurs automobiles »

DATE : 17 Juillet 2017 à 14h00 – Amphi A

Membres du Jury :
* Mr. François Robbe-Valloire Rapporteur (Sup Méca Paris).
* Mr. Luc Lavisse Rapporteur (Université de Bourgogne)
* Mr. Tayeb Mohammed Brahim Examinateur (IETR)
*Madame Mariko Dunseath-Terao Examinateur (IPR- Université de Rennes1) *Madame Florence Le Strat Examinateur (Entreprise Renault)
* Mr. Noureddine Benjemâa Examinateur (Entreprise Contelec)

Les vibrations issues du fonctionnement d’un véhicule automobile (moteur, route) sont transmises aux connecteurs électriques. Ces vibrations peuvent induire des déplacements relatifs entre certains des composants du connecteur à l’interface de contact. Les éléments en contact sont de diverses formes et diverses natures dont une partie femelle (dite clip) dans laquelle s’introduit une partie male (dite languette). Or, un déplacement relatif de quelques micromètres entre le clip et la languette est suffisant pour dégrader et ce de manière irréversible, l’interface de la zone de contact électrique (phénomène de fretting-corrosion). Il est donc nécessaire de connaître le comportement vibratoire interne d’un connecteur i.e. des connectiques pour préconiser sa meilleure son utilisation au sein d’un véhicule.

Un banc d’essai sur pot vibrant a été réalisé dans le but de caractériser le comportement vibratoire d’un connecteur soumis à un profil vibratoire. Les mesures ont été réalisées par tribométrie en réalisant des orifices d’accès au clip et à la languette. De là, l’analyse des vibrations induites a mis en évidence des directions de déplacement multi-axiales des composants du connecteur et notamment celles d’un support du clip dit porte-clip, et ce malgré une vibration  dont la direction est mono-axiale.

L’analyse a également mis en évidence une correspondance vibratoire entre le clip et le porte-clip ainsi que des phénomènes de résonances. De là, une première approche sur une modélisation numérique, basée sur un système masse-ressort-amortisseur, a été proposée. Cette analyse permet de caractériser le comportement vibratoire général d’un connecteur sans dépendre du type de vibration appliquée. C’est une nouvelle approche dans la caractérisation de connecteurs électriques utilisés dans l’industrie automobile.

Les éléments en contact d’un connecteur sont revêtus de matériaux qui les protègent des dégradations mécaniques et  chimiques. Ces revêtements (de quelques micromètres d’épaisseur) peuvent être des matériaux nobles (or, argent,…) ou non nobles (étain, …).

Le déplacement relatif entre un clip étamé et une languette étamée engendre la formation d’un troisième corps à l’interface de contact. Ce troisième corps est composé de débris oxydés qui perturbent la conduction des charges électriques. L’utilisation d’une atmosphère de di-azote (N2) et l’analyse de la tension de contact en fonction de l’emplacement du clip par rapport à la languette ont mis en évidence la dynamique des débris oxydés avec notamment leur évacuation hors de la zone de contact. De plus, l’analyse d’une zone de contact dégradée à la microsonde nucléaire a permis de doser l’oxygène et de mettre en valeur deux types d’oxydes de cuivre. Ces caractérisations permettent de mieux comprendre le phénomène de fretting-corrosion et ses conséquences.

 


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Séminaire Etienne Mangaud : « Quantum dynamics of electron transfer in strongly coupled environments »

DATE : 13 juin 2017 à 10h00 en salle 120

Etienne MANGAUD,  Laboratoire de Chimie Physique, UMR8000, Université Paris-Sud, ORSAY

Experiments of time-resolved bidimensional spectroscopy carried out in complex
systems, such as photosynthetic systems (FMO)[1] or conjugated polymers[2], showed that quantum coherences amongst electronic excited states can persist for long times, comparable to the electron or excitation energy transfer times.
In order to investigate these phenomena from a theoretical point of view, one needs to
study the quantum motion of the nuclei and its influence onto the transfer. In the systems at stake, photo-induced electron transfer are studied in an oligothiophene-fullerene heterojunction[3] and a chromoprotein cryptochrome[4] as shown on Fig. 1 with a realistic environment.

Figure 1 Photo-induced electron transfer systems under study: On the left (Panel (a)), oligothiophene (OT4) –fullerene (C60) heterojunction. On the right (Panel (b)), chromoprotein cryptochrome with a flavin-adenosin-diphosphate (FAD) chromophore and a chain of three tryptophan molecules (W400, W377 and
W324)
For the heterojunction (Fig. 1 (a)), a reference Hamiltonian[5] describing a
donor-acceptor electronic system coupled to a bath of harmonic oscillators has been used. For the cryptochrome (Fig. 1 (b)), a three electronic states Hamiltonian has been parameterized using QM/MM trajectories based on constrained DFT (cDFT).[6,7]
Based on these parametrized Hamiltonians, time propagations have been carried out
using methods of dissipative quantum dynamics. However, since these systems exhibit a strong system-bath coupling that cannot be handled with traditional perturbation theory, one has to resort to exact computations such as the hierarchical equation of motion method.[8] A special care has also been taken to evaluate the quantum memory effects which prove to be significant in these systems.[9] To catch a glimpse of the physical movement at stake in the transfer, we perform a coordinate transformation used to define an effective mode[10], which is included into
the system, and which itself is coupled to a secondary bath. S H H 4 (a) (b)

As main results, we show and explain the dynamical behavior of various cases leading to an easy delocalization or to a trapping of the charge and assess the time scales of the transfer.
In the cases considered, the proposed methodology is well suited to analyze the subtle interplay between charge transfer and nuclear deformations, a prototype situation for many important processes in chemical and biological systems.
Acknowledgement: We acknowledge I. Burghardt for providing the heterojunction Hamiltonian data and F. Cailliez for fruitful discussions.

References:
[1] G. S. Engel et al, Nature, 2007, 446, 78
[2] E. Collini and G. Scholes, Science, 2009, 323, 369
[3] A. Chenel, E. Mangaud, I. Burghardt, C. Meier, M. Desouter-Lecomte, J. Chem. Phys., 2014, 140, 044104
[4] T. Firmino, E. Mangaud, F. Cailliez, A. Devolder, D. Mendive-Tapia, F. Gatti, C. Meier, M. Desouter-Lecomte, A. de la Lande, Phys. Chem. Chem. Phys., 2016, 18, 21442
[5] H. Tamura, I. Burghardt, and M. Tsukada, J. Phys. Chem. C, 2011, 115, 10205
[6] J. Řezáč, B. Lévy, I. Demachy, A. de la Lande, J. Chem. Theory Comput., 2012, 8,418
[7] Q. Wu, T. Van Voorhis, J. Chem. Theory Comput., 2006, 2,765
[8] Y. Tanimura, R. Kubo, J. Phys. Soc. Jpn., 1989, 58, 101
[9] H.-P. Breuer, E.M. Laine, J. Piilo and B. Vacchini, Rev. Mod. Phys., 2016, 88, 021003
[10] A. Pereverzev, E. R. Bittner, I. Burghardt, J. Chem. Phys., 1999, 131, 034104

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Séminaire OSUR / IPR : Tatyana Chesnokova “Atmospheric radiative transfer simulation for spectroscopic detection of greenhouse gases and air pollutants”.

DATE : Jeudi 27 Avril 2017 à 14 h00 – Salle des conférences de l’OSUR

Intervenante : Tatyana Chesnokova de l’Université de Tomsk, Russie

Résumé:
Last three decades have been the warmest ones for the Earth’s surface since 1850 that was caused by an increase of greenhouse gases concentration in the atmosphere. The spectroscopic measurements of the atmospheric content of greenhouse gases and air pollutants are discussed. The accuracy of the atmospheric gases retrieval depends on initial spectroscopic information on absorption line parameters and cross-sections of the atmospheric gases used in the atmospheric radiative transfer simulations transfer. An analysis of quality of modern spectroscopic information in different spectroscopic databases is carried out and its impact on the atmospheric radiation calculation is estimated. The laboratory and atmospheric spectra of the gases are considered in the near infrared and UV spectral regions. The methods of high resolution Fourier spectrometry were used. The calculations of the atmospheric transfer of solar and thermal radiation are presented.

Contact :   Gisèle EL DIB /Institut de Physique de Rennes – Département Physique Moléculaire / gisele.eldib@univ-rennes1.fr

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Séminaire DPM : Philippe BODUCH « Des ions lourds et des glaces pour l’astrophysique »

DATE :27 AVRIL 2017 – 10H00 – Salle 050 , Bât 11B

INTERVENANT : Philippe BODUCH
Université de Caen Normandie – CIMAP/GANIL

Depuis 2008, une équipe du CIMAP-GANIL se concentre sur l’irradiation de glaces d’intérêt astrophysique avec des ions lourds. Ces glaces sont composées de molécules simples telles que H2O, CO, CO2, NH3… Elles sont présentes sur les comètes, les satellites de certaines planètes (lunes joviennes par ex.) et sur les grains composant les nuages denses. Ces glaces sont soumises à différentes radiations présentes dans l’espace : UV, vents stellaires, rayons cosmiques… Les irradiations aux protons et aux UV ont fait l’objet de nombreuses études. Avec les ions lourds, seules quelques études ont été réalisées à basse énergie. Il nous a donc paru important de simuler en laboratoire les interactions entre des ions lourds rapides et les glaces présentes dans l’espace afin de comprendre le rôle des rayons cosmiques dans l’évolution de ces glaces. Ces ions déposent localement une très grande quantité d’énergie. Ils peuvent alors générer des effets non observables avec des particules plus légères. Dans ce cadre, je présenterai l’étude de glaces simples et des mélanges à une température de 15 K irradiées par des ions lourds produits par le GANIL (Grand Accélérateur National d’Ions Lourds, Caen, France). Les effets d’irradiations sont analysés in situ par spectroscopie photonique (infra-rouge par transformée de Fourier et UV-Visible). Les résultats présentés lors de ce séminaire porteront sur les effets induits sur la structure de la glace, sur les modifications chimiques et sur le rôle de l’implantation. Les perspectives seront aussi abordées, notamment sur l’utilisation d’un nouveau dispositif ultravide IGLIAS financé par l’ANR ainsi que les travaux sur les molécules plus complexes (molécules aromatiques hétérocycliques, par ex.).

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Séminaire DPM: David Wilkowski « Ultracold strontium gas from light transport to simulators and prospect in ultracold molecules »

DATE :  jeudi 20 avril, 10h, salle 120 bât. 11E

David Wilkowski – Associate professor
Nanyang Technological University, Singapore
UMI 3654 Majulab, Centre for Quantum Technologies (CQT/NUS), Physics and Applied Physics (SPMS/NTU), Centre for Disruptive Photonic Technologies (CDPT/NTU).

 I will present some recent experiments, done on an ultracold gas of strontium atom. In particular, we studied the coherent light transport in the cold atomic ensemble. Here, the latter can be view as a random scattering medium. When the system is excited by a resonant laser beam, cooperative emission occurs in the forward direction which has characteristic time much faster that the single atom emission decay time. This phenomena show interesting similarity with Dicke superradiance.

I will also give two examples of how we use our ultracold atom system as a simulator of complex (interacting) system. The first example concerns the simulation of statistical ensemble subject to long-range  gravitational-like interaction. An interesting situation occurs for two-dimensional systems where a phase transition brings the gas into a collapse phase. A second example is the generation of an effective non-Abelian gauge field which can be view as a generalisation of the Berry phase in systems having SU(2) symmetry.

Finally I will discuss prospect of laser cooling of simple molecules and what new physics can be targeted in contrast to atomic system.

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Séminaire Piergiorgio Casavecchia : Space-time distribution of reaction products / Unraveling the molecular mechanism of elementary chemical reactions

Intervenant : Professeur Piergiorgio Casavecchia (Université de Perugia, Italie)

DATE :  jeudi 30 mars à 14h30 dans l’amphi Grandjean au bâtiment 10 B

Résumé : Measuring the space-time distribution of reaction products, as can be performed in crossed molecular beams scattering experiments, allows one to probe in detail, at the atomic/molecular level, the mechanism of elementary chemical reactions, especially when experiments are carried out in synergy with accurate theoretical calculations. Exploiting this approach, tremendous progress has been made over the past 20 years in our understanding of simple, one-channel, direct reactions, such as H+H2 and F+H2 (and their isotopic variants). Things become more complex with polyatomic multi-channel elementary reactions, such as, for instance, those of ground-state oxygen atoms, O(3P), with unsaturated hydrocarbons which, besides being of fundamental interest, are of great relevance in combustion science. These reactions are in fact characterized by a variety of energetically open, competing radical/molecular product channels, some of which can only take place via intersystem crossing (ISC) from the triplet to the singlet potential energy surface. Since the 1950s the determination of the primary products, branching ratios and detailed dynamics of these reactions, including the role played by ISC, has represented a challenge for both experimentalists and theorists. Recently, however, much progress has been made in this area owing to advances in experimental techniques (of both reaction dynamics and kinetics) as well as theoretical methodologies (electronic structure and statistical/dynamical calculations).
This talk will highlight the powerful and invaluable role played by the crossed molecular beams scattering method with universal soft ionization mass spectrometric detection and time-of-flight analysis, backed by synergic high-level theoretical calculations, for disentangling the complex mechanism and dynamics of polyatomic, multichannel non-adiabatic reactions of O(3P) with small unsaturated hydrocarbons (alkynes, alkenes and dienes). The central role played by ISC in this class of reactions and its dependence on molecular complexity and structure will be discussed.

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Séminaire Phys. Mol. / Lucile Rutkowski : Spectroscopie par peignes de fréquences

DATE : 04 AVRIL 2017 à 14h00 en salle 120

Intervenante : Lucile Rutkowski , Department of Physics, Umeå university

Cavity-enhanced optical frequency comb spectroscopy: developments and applications.
Optical frequency combs offer unprecedented combination of spectral coverage, high resolution and high-sensitivity when combined with enhancement cavities. They enable simultaneous detection of multiple species and/or of entire molecular absorption bands, reducing the influence of the fluctuations of the experiment environment on the final result. I will present the principle of the two types of spectrometers I have contributed to develop and worked with: the Vernier continuous filtering spectrometer (during my PhD in Lyon), based on the coupling of a comb in a detuned cavity, and the comb-based Fourier transform spectrometer with sub-nominal resolution (during postdoc in Umeå, Sweden). I will show results for atmospheric detection in the visible and the mid-infrared ranges, OH and H2O detection in combustion diagnostics in the telecom near-infrared spectral range, and high precision absorption and dispersion spectroscopy of CO2 still in the telecom range.

 

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Ian SIMS : Obtention d’une ERC / ERC award

IAN SIMS crédits photo IPR 031Ian Sims, professeur de physique à l’Université de Rennes 1 et chercheur dans le Département de Physique Moléculaire de l’Institut de Physique de Rennes (IPR, UMR 6251 CNRS-UR1) a obtenu une bourse Advanced Grant du Conseil Européen de la Recherche (ERC) qui débutera cet automne. Selon le site de l’ERC (https://erc.europa.eu/funding-and-grants/funding-schemes/advanced-grants/french) ces bourses « … permettent à des chercheurs exceptionnels à la réputation établie, quels que soient leur nationalité et leur âge, de mener des projets novateurs à haut risque qui ouvrent de nouvelles voies dans leur discipline de spécialisation ou dans d’autres domaines. Ces subventions sont destinées aux chercheurs qui ont déjà fait leurs preuves en tant qu’éminents chercheurs indépendants. » Ceci est la deuxième Advanced Grant pour l’IPR après celle décernée en 2013 à Tanguy Rouxel.

L’intitulé du projet de recherche de Ian Sims, « CRESUCHIRP – Ultrasensitive Chirped-Pulse Fourier Transform mm-Wave Detection of Transient Species in Uniform Supersonic Flows for Reaction Kinetics Studies under Extreme Conditions » semble peu évocateur pour les néophytes. Selon Ian Sims, « Cette nouvelle bourse nous permettra de tirer parti de notre expertise dans la création de conditions extrêmes semblables à celles régnant dans l’espace interstellaire, et de les combiner avec une nouvelle technique récemment développée en collaboration avec deux groupes américains (au MIT et Wayne State University, Detroit), pour fournir des informations fondamentales sur l’identité des produits de réactions chimiques ».

La nouvelle méthode utilise des micro-ondes et exploite les avancées récentes dans l’électronique ultra-rapide développé pour l’industrie des télécommunications, en les combinant avec l’environnement super-froid du CRESU (Cinétique de Réaction en Écoulement Supersonique Uniforme), mis au point par les membres de l’IPR, pour améliorer considérablement la sensibilité de la technique ; Cela permettra son application à un large éventail de problèmes fondamentaux en physique chimique. Par exemple, l’identité précise des produits de réactions chimiques même assez simples dans la phase gazeuse reste inconnue dans la majorité des cas, et pourtant cette information est vitale dans la modélisation des environnements gazeux tels que les flammes, les moteurs à combustion interne, les atmosphères planétaires et les nuages interstellaires qui sont le berceau des étoiles.

A  VOIR – vidéo Youtube MARS 2017 : https://youtu.be/-fX7hvs3UlM

 A lire :
Interview de Ian SIMS dans le magazine Sciences Ouest de Mai 2016: http://www.espace-sciences.org/sciences-ouest/342/epreuve-par-7/ian-sims

Contact :
Ian SIMS, professeur, Département de Physique Moléculaire, IPR
Lien : https://ipr.univ-rennes1.fr /membre?display_who=42&lang=en

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Soutenance HDR : Ludovic Biennier (dépt Phys. Mol.) : « Physico-chimie du milieu interstellaire et des atmosphères planétaires : apports de l’astrophysique de laboratoire ».

Date et lieu : lundi 20 mars à 10h30 dans l’amphithéâtre Granjean Bâtiment 10B.

« L’inventaire moléculaire des environnements astrophysiques, caractérisés par des conditions physiques extrêmes ne cesse de s’étoffer. Les chemins menant à la complexité moléculaires dans ces environnements dilués, aussi bien proches, tels l’atmosphère de Jupiter ou Titan, que lointains, tels  les milieux interstellaire et circumstellaire, demeurent pourtant mal connus. Un des objectifs de l’astrophysique de laboratoire vise à mieux comprendre les processus sous-jacents à travers expériences et théorie.

Pour répondre à ces questions, une approche expérimentale originale reposant sur les écoulements supersoniques uniformes a été mise au point dans le laboratoire, et connait aujourd’hui de multiples raffinements. Cette technique, et d’autres exploitant les écoulements gazeux, ont été mises à profit pour explorer les voies chimiques et physiques de croissance moléculaire en phase gazeuse.

Il présentera quelques résultats obtenus en mettant l’accent sur la chimie froide des anions et la formation d’agrégats de van der Waals de petite taille. Les perspectives ouvertes par ces travaux seront esquissées. »

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Cérémonie Docteur Honoris Causa : vendredi 31 mars 2017, à 16h au Diapason

Le 31 mars 2017, l’Université de Rennes 1 honorera Enric Canadell, Piergiorgio Casavecchia (parraîné par Sébastien Le Picard et Alexandra Viel – IPR) et Fernando Lopes da Silva en leur remettant l’insigne de Docteur Honoris Causa, marquant ainsi l’excellence de leur recherche et les partenariats qu’ils ont noués avec les laboratoires rennais.

Les Docteurs Honoris Causa 2017

Enric Canadell (Espagne) – Chimie théorique et Matériaux

Enric Canadell est un des spécialistes mondiaux de la structure électronique des solides, moléculaires comme inorganiques. Directeur de recherche au Consejo Superior de Investigaciones Científicas à Barcelone, il a développé au cours de sa carrière, tout d’abord à l’Université Paris-Sud à Orsay et à l’Université de Chicago, des approches de chimie théorique et des concepts originaux permettant une compréhension simple mais précise des relations entre structures et propriétés électroniques. Ses travaux l’ont souvent conduit à interagir avec la communauté française de physique et chimie des conducteurs de basse dimensionnalité et à développer des concepts très novateurs : conducteurs à deux bandes, nesting caché. Ses recherches sur les conducteurs moléculaires, menées avec l’équipe Matière Condensée et Systèmes Electroactifs (MaCSE) de l’ISCR, se sont traduites par plus de 30 publications l’associant à l’Université de Rennes 1.

Il est parrainé par Marc Fourmigué, directeur de recherche au CNRS et Dominique Lorcy, professeur à l’Université de Rennes 1, tous deux membres de l’Institut des sciences chimiques de Rennes (ISCR).

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Piergiorgio Casavecchia (Italie)  – Dynamique réactionnelle

Piergiorgio Casavecchia est professeur à l’Université de Perugia. Il est un spécialiste mondialement reconnu de la dynamique réactionnelle expérimentale, un domaine dans lequel on étudie en détail le mécanisme de réactions chimiques élémentaires. Outre leur contribution à la recherche fondamentale, ses travaux trouvent des applications en combustion, en chimie atmosphérique et en astrochimie.  Après un post-doctorat avec le futur prix Nobel de physique Y.T. Lee à l’Université de Berkeley, il construit, à son retour en Italie, un appareil expérimental unique de faisceaux moléculaires croisés qui lui a valu une renommée internationale. Il a effectué de nombreux séjours et été Professeur invité dans des laboratoires prestigieux tels le Dalian Institute of Chemical Physics de l’Académie des Sciences de Chine. En 2008, il reçoit la médaille Polanyi de la Royal Society of Chemistry. Depuis 20 ans, il entretient des relations scientifiques fructueuses avec des expérimentateurs et théoriciens de l’Institut de physique de Rennes avec qui il partage, avec enthousiasme, ses compétences exceptionnelles.

Il est parrainé par Sébastien Le Picard, maître de conférences à l’Université de Rennes 1, et Alexandra Viel, chargée de recherche au CNRS, tous deux membres de l’Institut de physique de Rennes (IPR, UMR 6251)

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Fernando Lopes da Silva (Portugal – Pays Bas)  – Neurosciences

Fernando Lopes da Silva est professeur émérite de l’Université d’Amsterdam et coordinateur scientifique du programme de génie biomédical de l’Instituto superior técnico de l’Université de Lisbonne. Il est membre de l’Académie royale des arts et des sciences des Pays-Bas. Durant dix ans, il a été directeur scientifique de l’institut de neurobiologie et membre de la direction scientifique de la Graduate school of neurosciences d’Amsterdam. Ses travaux sur l’électrophysiologie du cerveau, en particulier sur la génération et la fonction des rythmes cérébraux et sur l’origine des phénomènes épileptiques, lui ont valu une renommée internationale et font autorité. En collaboration avec le LTSI et l’Université de Rennes 1, sa recherche concerne le traitement et la modélisation des signaux électroencéphalographiques. Débutés dans les années 2000, ils ont encore récemment donné lieu à des articles originaux sur de nouvelles méthodes de neurostimulation (Brain stimulation, 2016) ainsi qu’à deux chapitres dans l’ouvrage « Electroencephalography: basic principles, clinical applications, and related fields » (2017) considéré comme la référence dans le domaine.

Il est parrainé par Fabrice Wendling, directeur de recherche à l’Inserm, et Isabelle Merlet, chargée de recherche à l’Inserm, tous deux membres du Laboratoire Traitement du Signal et de l’image (LTSI, UMR 1099)

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