Physique Moléculaire


Soutenance de thèse Nour Jamal Eddine « Reactivity of Molecular Anions at Low Temperature: Implications for the Chemistry of the Interstellar Medium and Titan’s Atmosphere »

DATE : le Mardi 05 décembre 2017 à 10h00
dans la salle des thèses (bâtiment 1)

Noms des rapporteurs : Jean-Christophe LOISON et Daniela ASCENZI
Noms des examinateurs :  Hassan SABBAH et Karine BEROFF
Noms des encadrants : Ludovic BIENNIER, Sophie CARLES, et Jean-Claude GUILLEMIN

Résumé :
Depuis leur découverte dans divers environnements astrophysiques, les anions polyyne CxH¯ (x = 2, 4, 6) et les anions cyanopolyyne CxN¯ (x = 1, 3, 5) ont reçu une attention considérable. Ces anions semblent jouer des rôles importants dans leur environnement. Cependant, les données à basse température sur les voies chimiques menant à leur formation et à leur destruction sont encore rares, en particulier ce qui concerne l’identité du produit et les ratios de ramification. Pour résoudre ce problème, nous nous sommes engagés dans la recherche de la réactivité de ces anions moléculaires en utilisant des instruments dédiés couplant des jets subsonique et supersonique avec des méthodes de spectrométrie de masse. De cette façon, nous avons étudié la réactivité des anions C3N avec le cyanoacétylène (HC3N) ainsi que la réactivité de CN¯, C3N¯, et C5N¯ avec l’acide formique (HCOOH) de 298 K à des températures aussi basses que 36 K. Nous rapportons dans ce travail le taux de vitesse, les produits, et les ratios de ramification de ces réactions. Ce travail aborde également la source prototype d’ions sélectionnée, qui a récemment été mis en place dans notre laboratoire afin d’étendre notre recherche à d’autres anions d’intérêt astrophysique (e.g. les anions CxH¯ et Cx¯). Une description de cet instrument ainsi que des résultats préliminaires sont présentés dans ce travail.

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Le département Physique Moléculaire participe à la Fête de la science 2017

A l’occasion de la Fête de la Science, le village des sciences se déroulait du 7 au 8 octobre 2017    dans le Hall Kerne de l’INSA; des membres du département Physique Moléculaire ont tenu un stand intitulé « Vapeurs et autres gouttelettes, comment sortir du brouillard ? »

A cette occasion, une visite du département a pu accueillir environ une soixantaine de personnes qui ont découvert l’astrophysique de laboratoire.

L’Astrophysique de Laboratoire consiste à effectuer des expériences en laboratoire dans des conditions reproduisant au mieux celles régnant dans le milieu interstellaire et les atmosphères circumstellaires et planétaires.

Le groupe « Astrophysique de Laboratoire » de Rennes développe des techniques expérimentales de pointe, uniques au monde pour certaines, afin de comprendre la nature des molécules à travers leur signature spectrale, et leurs voies de formation à travers leur chimie dans ces environnements souvent extrêmes, puisque leur température varie de moins de 10 K (- 263 °C) à plusieurs milliers de degrés.

 

Un aperçu des installations et des recherches menées a été proposé.

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Stages M2 dans le cadre du projet ERC CRESUCHIRP

Lieu : Département de Physique Moléculaire – Institut de Physique de Rennes

Responsable : Prof. Ian SIMS

Un ou deux stages de Master 2 / Diplôme d’Ingénieur sont disponibles dans le cadre du projet CRESUCHIRP (Ultrasensitive Chirped-Pulse Fourier Transform mm-Wave Detection of Transient Species in Uniform Supersonic Flows) à partir de février 2018. Ces stages sont susceptibles d’intéresser les étudiants en dernière année de Master / Diplôme d’Ingénieur qui recherchent un challenge dans le domaine de la physique moléculaire expérimentale / astrophysique de laboratoire / astrochimie / instrumentation. Des contrat doctoraux sont également disponibles par la suite.

Pour plus de détails, veuillez consulter la page web suivante (en anglais):
https://perso.univ-rennes1.fr/ian.sims/

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Séminaire DPM : Matthieu Génévriez « Experimental studies of the photodetachment of negative ions »

Intervenant : Matthieu Génévriez

Diplômé 2012 du Master de Physique de l’Université de Rennes 1, vient de compléter sa thèse àl’Institute of Condensed Matter and Nanosciences, Université Catholique de Louvain, Belgique. Il présentera des résultats de sa thèse.

DATE : le jeudi 19 octobre à 16h, salle 50 au bâtiment 11B

Résumé :
Negative ions are weakly bound systems in which electron correlations
play a predominant role. Photodetachment, i.e., the photoelectric effect
for anions, is a convenient way to probe these fragile ions, which
possess only a few bound states. Beyond its interest for the basic study
of few-body, strongly correlated systems, photodetachment is also an
important phenomenon for stellar and atmospheric physics, a major
example being the fact that photodetachment of H- is responsible for
most of the Sun’s opacity in the visible and near-infrared parts of the
electromagnetic spectrum. In view of this importance, recent alleged
discrepancies between theory and experiment have prompted new studies of
the photodetachment atomic anions.

The seminar will be dedicated to results we have recently obtained on
the photodetachment of the hydrogen, helium and oxygen atomic anions.
Early work was devoted to measuring absolute one- and two-photon
photodetachment cross sections using a new, robust technique developed
in-house. Measurements were performed over unprecedented photon energy
ranges, and helped to resolve persistent discrepancies between theory
and experiment. We have also constructed a velocity map imaging
spectrometer with the aim of recording the 3-dimensional velocity
distribution of the photodetached electrons, and have used it in a
series of measurements on O-. Finally, results on the strong-field,
sequential double photodetachment of He- will be presented, with
emphasis on how the combination of theory and experiment provides a
detailed understanding of the intricate series of resonances at play.

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Séminaire Ilsa Cooke : « Diffusion, Desorption & Destruction: Energetic and Thermal Processing of Interstellar Ices »

Intervenante : Ilsa Cooke (Department of Chemistry, University of Virginia, USA)

Date et lieu :  jeudi 5 octobre 14h-15h dans la salle 50 B11B

The interstellar medium, despite its chemically hostile environment, is host to a rich chemistry including several large organic molecules. Many of these species originate from reactions in icy dust grain mantles and are subsequently transferred to the gas, either by warm-up during star formation or by non-thermal mechanisms. The influence of these icy dust grains extends to protoplanetary disks, in which they play an important role in the rate of formation and composition of planetary systems. A large amount of work has been produced in the past few decades to study analogues of astrophysical ice mantles; however, many of the processes occurring within the ices remain to be quantified. Astrochemical models have historically focused on gas phase chemistry, though increasingly sophisticated surface chemistry models are now being implemented. These models rely on accurate rates, cross sections and barriers for processes at the surface and in the bulk of ice mantles. In this talk, I will present quantitative laboratory measurements of diffusion, desorption and destruction processes in interstellar ice analogues. In part one, I will describe CO2 ice spectroscopy focusing on CO2 longitudinal phonons as a tool to study ice mixing and diffusion. In parts two and three, I will discuss our measurements of diffusion and desorption barriers for CO:CO2 binary ices. Lastly, I will present our current work to produce a new body of photodestruction cross sections for a range of astrophysically-relevant ice species. Each of these studies provides quantitative data that can be directly input into astrochemical models and that will be particularly important as we learn more about interstellar ice composition with JWST.

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Technique CRESU : déjà 30 ans au service de l’astrophysique de laboratoire

« Reproduire les conditions de l’espace interstellaire en laboratoire pour étudier les réactions chimiques qui se déroulent entre les étoiles… c’était un défi hors d’atteinte des scientifiques jusqu’au développement de la navette spatiale. Retour sur 30 ans d’histoire de la technique CRESU, inventée en France, et qui fait aujourd’hui de l’Institut de physique de Rennes un leader mondial dans le domaine de la cinétique chimique en phase gazeuse à très basse température… »

Lire la suite : https://www.univ-rennes1.fr/actualites/19092017/technique-cresu-deja-30-ans-au-service-de-lastrophysique-de-laboratoire

Contact : André CANOSA, Directeur de recherche, dépt Physique Moléculaire, IPR

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Projet PERSEUS : quand des étudiants de Rennes 1 innovent pour le spatial

Le projet PERSEUS vise à accompagner les étudiants de l’enseignement supérieur dans le développement de solutions techniques innovantes pour le spatial. L’université de Rennes 1 s’associe depuis peu à cette initiative du Centre national d’études spatiales (CNES). Sur le campus de Beaulieu, des étudiants commencent à travailler sur la propulsion ou sur l’analyse de données de vol avec l’appui d’enseignants-chercheurs en physique, informatique / électronique, mathématiques et mécanique.

Lire la suite sur  : https://www.univ-rennes1.fr/actualites/03072017/projet-perseus-quand-des-etudiants-de-rennes-1-innovent-pour-le-spatial

…….« Notre objectif est d’aider les industriels impliqués dans la construction des prochaines fusées PERSEUS à rendre plus efficace son système de propulsion », explique Robert Georges.

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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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