Formation d'hydrogène moléculaire sur des grains carbonés du milieu interstellaire : rôle de la surface, de sa relaxation, de sa morphologie

par Damien Bachellerie

Thèse de doctorat en Chimie-physique

Sous la direction de Muriel Sizun-Dreyfus.

Soutenue en 2008

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    La formation de H₂ dans le milieu interstellaire, à partir de deux atomes H, est une question essentielle en astrophysique. Cette réaction exothermique qui a lieu à la surface d'un grain de poussière interstellaire est la première étape d'une suite de réactions primordiales pour la physico-chimie. Dans les nuages diffus et les régions de photodissociation, on invoque pour mécanisme de formation une réaction de catalyse hétérogène Eley-Rideal, un des atomes étant chimisorbé. Les grains sont principalement carbonés et constitués notamment de graphite. Les travaux théoriques antérieurs effectués en géométrie réduite n’ont pas permis d'expliquer la formation de H₂ dans les états rovibrationnels observés (v< 5). Pour prendre en compte les degrés de liberté de tous les atomes, nous avons conçu à partir du potentiel de Brenner, un nouveau potentiel pour modéliser le système graphène-H-H avec lequel nous avons réalisé une étude de dynamique moléculaire classique de la formation de H₂. Cette étude a été effectuée pour des énergies de collision d'atomes H incidents de 0. 015 eV à 0. 2 eV et pour des surfaces à 0,10 et 30 K. Un des résultats principaux est que la section efficace de réaction est directement reliée à l'allure du potentiel que voit l'atome H incident. De plus, il a été mis en évidence que la distribution rovibrationnelle obtenue en autorisant la relaxation de la surface correspond mieux à celle observée par les astrophysiciens (v<6), la surface absorbant -25% de l'énergie disponible. Des travaux étudiant l'influence de la présence d'un atome H supplémentaire sur la surface ou d'une possible structure poreuse des grains, sur la formation de H₂, sont présentés en annexe.

  • Titre traduit

    Formation of molecular hydrogen on carboneous grains from the insterstellar medium : role of the surface, her relaxation, her morphology


  • Résumé

    The formation of H₂ in the interstellar medium, from two hydrogen atoms, is a fundamental question in astrophysics. This very exothermic reaction is indeed the first step of a series of essential reactions for the interstellar physical-chemistry that takes place on the surface of interstellar dust grains. Ln the warm regions of the ISM, diffuse clouds and Photodissociation regions, the invoked formation mechanism is the Eley-Rideal heterogeneous catalysis reaction, in which one H atom is initially chemisorbed. The grains have mainly carbonaceous graphitic-like composition. Previous theoretical works carried out using constrained geometries were unable to explain the formation of H₂ in the observed rovibrationnal states (v<5). Ln order to take into account the degrees of freedom of all relevant atoms, we have built, from the Brenner potential, a new potential that models the graphene-H-H system. With this potential, we have completed a classical molecular dynamics study of the formation of H₂. This work has been performed for collision energies of the impinging H atoms from 0. 015 eV to 0. 2 eV and for surface temperature of 0,10 and 30 K. One of the salient results is that the reaction cross section is directly related with the shape of the potential seen by the impinging H atom. Furthermore, the rovibrationnal distribution obtained by allowing the surface atoms to move is in better agreement with the one observed by astrophysicists (v<6), the surface absorbs a large part (-25%) of the available energy. Some works about the influence of : an additional H atom upon the surface or a possible porous structure of the grains, on the formation of H₂ are presented in appendices.

Autre version

Cette thèse a donné lieu à une publication en 2009 par [CCSD] à Villeurbanne

Formation d'hydrogène moléculaire sur des grains carbonés du milieu interstellaire : rôle de la surface, de sa relaxation, de sa morphologie

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Informations

  • Détails : 1 vol. (IX-125-31 p.-[9] p. de pl.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université Paris-Saclay. DIBISO. BU Orsay.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2008)370
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