Spectroscopie infrarouge de la molécule de phosphine PH3 : constitution d'une base de données d'intérêt planétologique

Infra-red spectroscopy of the phosphine PH3 molecule : constitution of a data base of planetary interest

• Auteur / Autrice : Lionel Sagui
• Direction : Isabelle Kleiner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Toupie symétrique

Interactions de Fermi

Interactions de Coriolis

Résumé

L'étude de la spectroscopie infrarouge de la phosphine a été motivée par son application à la planétologie. En effet la molécule PH3 qui a été détectée dans les atmosphères de Jupiter et Saturne est une molécule importante pour l'analyse de la structure atmosphérique de ces deux planètes géantes. Une prédiction précise et complète des fréquences et intensités des espèces moléculaires présentes dans leurs atmosphères est donc indispensable afin d'analyser leurs spectres planétaires. Notre travail rentre donc dans le cadre d'une collaboration avec les planétologues de l'Observatoire de Paris-Meudon pour leur fournir une prédiction des fréquences et intensités du spectre de PH3 dans l'infrarouge lointain (de 0 à 200 cm-1), dans la région de 10µm (de 850 à 1200 cm-1) et dans la région de 3µm (de 2700 à 3600 cm-1). Ce travail a été aussi le fruit d'une collaboration internationale (avec notamment le Dr Brown du Jet Propulsion Laboratory) visant à mettre à jour la banque de données HITRAN pour PH3. Nous avons d'abord complété et actualisé la prédiction des fréquences et des intensités de la molécule de phosphine entre 0 et 200 cm-1. Dans la région de 10µm, nous avons mené une analyse détaillée des nouvelles mesures d'intensités obtenues par le Dr. Brown afin d'aboutir à une prédiction complète des positions et intensités de raies dans cette région. Nous avons enfin analysé la région à 3 µm plus complexe où plus de 4000 raies ont été attribuées dans sept bandes différentes (3nu2, 2nu2+nu4, 2nu4+nu2, nu1+nu2, nu3+nu2, nu1+nu4 et nu3+nu4). Notre modèle théorique a pu reproduire pour la première fois 2181 raies appartenant à ces sept bandes avec une déviation standard de 0. 015cm-1.

The study of the infrared spectroscopy of phosphine was justified by its application to planetology. Indeed the molecule PH3 which was detected in the atmospheres of Jupiter and Saturne is an important molecule for the analysis of the atmospheric structure of these two giant planets. A precise and complete prediction of the frequencies and intensities of the molecular species present in their atmospheres is thus essential in order to analyze their planetary spectra. Our work returns within the framework of a collaboration with the planetologists of the Observatory of Paris-Meudon to provide them a prediction of the frequencies and intensities of the spectrum of PH3 in the remote infrared (from 0 to 200 cm-1), in the area of 10µm (from 850 to 1200 cm-1) and in the area of 3µm (from 2700 to 3600 cm-1). This work was also the fruit of an international collaboration (with in particular Dr. Brown of the Jet Propulsion Laboratory) aiming at updating the bank of data HITRAN for PH3. We initially supplemented and brought up to date the prediction of the frequencies and the intensities of the PH3 molecule between 0 and 200 cm-1. In the area of 10µm, we carried out a detailed analysis off new measurements of intensities obtained by Dr. Brown in order to lead to a complete prediction of the positions and intensities of lines in this area. We finally analyzed the more complex area with 3 µm where more than 4000 lines were allotted in seven different bands (3nu2, 2nu2+nu4, 2nu4+nu2, nu1+nu2, nu3+nu2, nu1+nu4 and nu3+nu4). Our theoretical model could reproduce for the first time 2181 lines belonging to these seven bands with a standard deviation of 0. 015cm-1.