Molécules organiques complexes sous irradiation : effets de la matrice et de la température

Complex organic molecules under irradiation : matrix and temperature effects

• Auteur / Autrice : Prudence Ada Bibang
• Direction : Hermann Rothard, Philippe Boduch
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 13/12/2021
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche sur les ions, les matériaux et la photonique (Caen ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Manil
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hermann Rothard, Philippe Boduch, Aurore Bacmann, Grégoire Danger, Isabelle Monnet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Aurore Bacmann, Grégoire Danger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Température

Sections efficaces (physique nucléaire)

Biomolécules

Spectroscopie infrarouge

Bombardement ionique

Couches minces

Glace

Irradiation

Mots clés libres

Films

Faisceaux d'ions

Sections efficaces de destruction

Disparition

Ices

Films

Heavy ions

Infrared spectroscopy

Biomolecules

Destruction cross sections

Temperature

Disappareance

Concentration

Résumé

La détection de nombreuses molécules organiques complexes (MOCs) dans l’espace notamment dans les comètes mais aussi sur terre à l’intérieur des micrométéorites a permis de stimuler et d’élargir considérablement le champ de recherche sur ces molécules. Les travaux effectués au cours de cette thèse ont porté sur l’irradiation des MOCs en phase solide. Différentes installations (GANIL, GSI et ATOMKI) ont été utilisées pour simuler les effets des rayonnements cosmiques sur la pyridine et deux nucléobases: adénine et cytosine. La radiorésistance des glaces de pyridine pure et des mélanges de pyridine et d’eau à différentes concentrations à 12 K a été étudiée. Le dispositif CASIMIR a été utilisé pour préparer les glaces et suivre l’évolution de celles-ci sous irradiation par spectroscopie d’absorption infrarouge. Cela permet de quantifier la destruction de la pyridine, de déterminer les sections efficaces de destruction associées et de détecter les molécules produites pendant l’irradiation. Les sections efficaces de destruction de la pyridine diminuent avec l’augmentation de la concentration de la pyridine dans la glace d’eau. L’effet est plus important dans le cas des ions de hautes énergies. La radiorésistance de deux autres COMs aromatiques, les nucléobases cytosine (un cycle) et l’adénine (deux cycles) a été étudiée en phase solide en fonction de la température (17 K à 335 K). Les films de cytosine ont été irradiés avec les ions Calcium (230 MeV) au GSI et les films d’adénine ont été irradiés à ATOMKI avec les protons (0.8 MeV) et les ions Helium (3.2 MeV) et au GSI avec les ions Calcium (230 MeV). À l’aide de la spectroscopie infrarouge, les sections efficaces de destruction de la cytosine et de l’adénine ont été déterminées. L’inventaire des nouvelles molécules produites a été effectué. Les sections efficaces de destruction de la cytosine et de l’adénine sont plus importantes à basse température qu’à température ambiante. L’effet de l’augmentation de la destruction de l’adénine est plus important pour les ions légers. La dépendance entre la section efficace de destruction de l’adénine et le pouvoir d’arrêt électronique suit une loi de puissance. Dans les deux cas (basse température 12-20 K et à température ambiante 300K), n est de l’ordre de 1.5, il n’y a pas un fort effet de la température

The detection of many complex organic molecules (COMs) in space, particularly in comets but also on earth inside micrometeorites, has made it possible to stimulate and considerably broaden the field of research on these molecules. The work carried out during this thesis focused on the irradiation of COMs in solid phase. Different irradiation facilities (GANIL, GSI and ATOMKI) were used to simulate the effects of cosmic radiation on pyridine and two nucleobases: adenine and cytosine. The radioresistance of pure pyridine ice and mixtures of pyridine and water at different concentrations at 12 K has been studied. The CASIMIR set-up was used to prepare the ices. The processing of the ices under irradiation was followed by infrared absorption spectroscopy. This allowed to quantify the pyridine destruction, to determine the associated destruction cross sections and to detect the molecules produced during irradiation. Pyridine destruction cross sections decrease with increasing concentration of pyridine in water ice. The effect is greater in the case of high energy ions. The radioresistance of two other aromatic COMs, the nucleobases cytosine (one cycle) and adenine (two cycles) was studied in solid phase as a function of temperature (17 K to 335 K). Cytosine films were irradiated with Calcium ions (230 MeV) at GSI and adenine films were irradiated at ATOMKI with proton (0.8 MeV) and Helium (3.2 MeV) ions and at GSI with Calcium ions (230 MeV). Using infrared spectroscopy, cytosine and adenine destruction cross sections were determined. The inventory of produced new molecules has been carried out. The destruction cross sections of cytosine and adenine are greater at low temperature than at room temperature. The effect of adenine destruction is greater for lighter ions. The dependence between the adenine destruction cross section and the electronic stopping power follows a power law. In both cases (low temperature 12-20 K and room temperature 300K), n is of the order of 1.5, there is no strong effect of temperature.