Les activités de recherches menées au sein de notre Service s'attachent à la physico-chimie des atomes, des molécules et des atmosphères et à l'interaction matière-lumière. Elles comprennent l'étude théorique de structures, propriétés spectroscopiques atomiques et moléculaires, des expériences en laboratoire de spectroscopie moléculaire par lasers, jets supersoniques et interféromètres, et des applications de la spectroscopie infra-rouge à partir d'instruments embarqués sur satellites pour le sondage de l'atmosphère terrestre .
Des stages de Bachelier et mémoires peuvent être proposés dans les cadres suivants:
Nous nous intéressons au calcul ab initio de propriétés spectroscopiques d'atomes et d'ions à l'état libre. Les méthodes de calculs développées visent à approcher les fonctions d'onde solutions exactes de l'équation de Schrödinger en améliorant l'approximation de champ moyen afin de tenir compte de la corrélation électronique. Des modèles plus complets tenant compte des corrections relativistes sont également étudiés. Les propriétés envisagées sont les niveaux d'énergie, les électro-affinités, les déplacements isotopiques, les structures fines et hyperfines de raies spectrales, les probabilités de transitions radiatives permises et interdites, gouvernant les temps de vie des niveaux excités en l'absence de collisions, les probabilités de désexcitation non-radiatives, etc...Les systèmes étudiés sont choisis pour leur intérêt immédiat en astrophysique ou en physique des plasmas. Les états et propriétés considérés sont étudiés en rapport avec l'interprétation d'expériences d'actualité.
Nous calculons par des méthodes de Chimie Quantique des propriétés structurales et dynamiques de petites espèces moléculaires stables et instables, présentant un intérêt expérimental direct dans les domaines de la réactivité chimique, la spectroscopie, la chimie atmosphérique et l'astrophysique. Nous nous intéressons particulièrement aux états électroniques et vibrationnels excités qui jouent un rôle dominant dans de nombreux processus réactifs. Des méthodes de calcul adaptées sont développées pour tenir compte des interactions spécifiques mises en jeu (corrélation électronique, anharmonicité vibrationnelle, couplages vibroniques, interactions discret-continu). Des études sur des molécules de grandes tailles sont également réalisées, notamment sur les fullerènes et certaines molécules biologiques.
Nos recherches s'orientent vers l'étude des niveaux d'énergie, probabilités de transitions radiatives et d'autoionisation ou mécanismes de peuplement, des états multiplement excités formés lors de processus collisionnels entre les systèmes atomiques et différents types de partenaires aussi divers que des photons, ions, molécules, surfaces métalliques ou particules de haute énergie. Nous étudions également des processus de prédissociation moléculaire vibrationnelle et électronique, en particulier dans les cas de recouvrement de résonance, où des phénomènes de piégeage d'états discrets au sein d'un continu de dissociation peuvent se produire. Finalement, nous modélisons des réactions de transfert d'électron et de photodissociation grâce au développement d'une méthode dépendante du temps basée sur la propagation de paquets d'onde.
Des stages de Bachelier et mémoires peuvent être proposés dans les cadres suivants:
Les signatures spectrales sont utilisées pour identifier et quantifier les molécules dans les atmosphères terrestre et planétaires, et dans l'espace interstellaire. Ce processus repose sur la connaissance de données spectroscopiques de référence, mesurées au laboratoire. Nous mesurons en particulier l'intensité absolue de raies d'absorption infrarouge de constituants minoritaires de l'atmosphère terrestre à partir de spectres enregistrés à haute résolution par spectroscopie à transformée de Fourier.
De nouvelles cellules de type cavité laser résonante sont en cours de développement, destinées à la détection de gaz en très faible quantité. Ces cellules doivent être couplées à d'autres montages existant au laboratoire, notamment un système en jet supersonique couplé à un spectromètre de masse quadripolaire et un interféromètre par transformée de Fourier. Un des buts de ces expériences est de détecter et d'étudier des molécules en phase gazeuse sous des conditions de type interstellaire.
Ces études ont pour but d'utiliser la spectroscopie à haute résolution en phase gazeuse pour étudier des molécules de grande taille, à l'échelle de la haute résolution, d'intérêt interstellaire ``prébiotique'' et de type van der Waals. La taille de ces molécules implique la mise en oeuvre de techniques expérimentales de simplification sophistiquées. Un nouveau montage très performant en jet supersonique couplé à un spectromètre par transformée de Fourier et un spectromètre de masse quadripolaire, permettant de reproduire les conditions interstellaires, sera exploité dans ce contexte. Le couplage à des systèmes de détection lasers ultrasensibles est en cours de réalisation.
Le spectre infrarouge de diverses molécules a été enregistré en phase gazeuse, à haute résolution spectrale, au laboratoire. Son analyse est entreprise sur ordinateur via des modèles de type quantique (Hamiltoniens de rotation-vibration). Divers types de problèmes sont à l'étude, incluant des phénomènes de torsion moléculaire (C
H
), la description globale des niveaux d'énergie sur une large plage spectrale (CH), la prédiction de spectres d'intérêt interstellaire pour des molécules de type isomères de spin.
Des stages de Bachelier et mémoires peuvent être proposés dans les cadres suivants:
La spectroscopie moléculaire permet de sonder l'atmosphère et d'étudier sa composition, à l'aide d'instruments embarqués sur satellite ou depuis le sol. Les activités de recherches couvrent la modélisation du transfert radiatif atmosphérique et l'étude de la composition de l'atmosphère terrestre, à partir de mesures obtenues dans le domaine spectral infrarouge. Ces travaux conduisent à l'étude de l'impact de la contribution humaine sur l'évolution de l'atmosphère. Nous nous intéressons en particulier à l'analyse des conséquences sur la qualité de l'air et sur le réchauffement du système climatique.
Les sujets de mémoire proposés concernent l'étude du transport de la pollution à l'échelle régionale et globale, et utilisent les mesures fournies par des instruments infrarouges, comme IMG, qui a volé 9 mois à bord de la plate-forme ADEOS, MOPITT qui vole depuis 5 ans sur le satellite US TERRA et ACE qui sonde l'atmosphère en occultation solaire depuis plus de deux ans.
Les instruments infrarouges permettent de mesurer les principaux polluants et gaz à effet de serre (CO, CH
, NO, O
, CO, HNO, SO, aérosols). Ces constituants, émis par différentes sources naturelles et anthropiques, se repartissent différemment dans l'atmosphère et sont transportés plus ou moins loin de leurs sources d'emission en fonction de leur durée de vie et des conditions météorologiques.
Les travaux s'appuieront sur l'analyse des mesures existantes pour étudier les émissions, les modifications physico-chimiques et les transports des polluants, pour mettre en lumière comment les centres urbains et les feux de végétation contribuent à l'augmentation de la pollution au niveau local, régional et global. A plus long terme (dans le cadre d'un éventuel prolongement en thèse), ces travaux pourront être étendus à la mission IASI, un instrument qui sera lancé par le Centre National d'Etudes Spatial (CNES) en 2006 et fournira des mesures des constituants clefs de la troposphère durant les 15 prochaines années.