Évolution des molécules aromatiques en phase solide sous irradiation par des ions énergétiques

Energetic iοn prοcessing οf arοmatic mοlecules in the sοlid phase

• Auteur / Autrice : Anna Bychkova
• Direction : Alicja Domaracka, Philippe Boduch
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 26/11/2024
• 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 co-accrédité : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Hervé Cottin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Cottin, Jennifer Noble, Bruno Manil, Aude Simon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jennifer Noble, Bruno Manil
• DOI : 10.70675/73125e17z224bz42ccz8443z494b1bf308b9

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cosmochimie

Rayonnement cosmique

Vents solaires

Mots clés libres

Glaces astrophysiques

Rayons cosmiques galactiques

Astrochemistry

Astrophysical ices

Galactic cosmic rays

Solar wind

Résumé

Dans les nuages denses, les manteaux glacés sont des condensats de petites molécules sur des grains solides. Ces manteaux glacés représentent des sites prometteurs pour certains processus chimiques. Ils sont constamment irradiés et de nouvelles molécules organiques complexes peuvent être ainsi formées. Une fois que les nuages denses se transforment en disque d'accrétion et, éventuellement, en système planétaire, ces manteaux glacés peuvent potentiellement contribuer au réservoir de molécules complexes des planètes. Dans cette thèse, les effets de l'irradiation ionique sur deux molécules aromatiques, la pyridine et le pyrène, ont été étudiés. Les échantillons ont été exposés à une irradiation ionique sur les lignes des accélérateurs du GANIL (Caen, France) et de l'ATOMKI (Debrecen, Hongrie). Leur évolution a été suivie par spectroscopie infrarouge in situ. Il a été constaté que la structure initiale (amorphe ou cristalline) et la température d'irradiation n'affectent pas la section efficace de destruction de la pyridine pure. De plus, il a été observé que la dose locale n'est pas un paramètre clé comme cela était affirmé précédemment. En effet, la destruction du pyrène provoquée par des ions lourds, à partir du carbone, est significativement plus importante que celle provoquée par des ions plus légers comme l'hydrogène et l'hélium pour une même dose locale déposée. Pour les deux molécules, une augmentation significative de la section efficace de destruction a été observée lorsque la concentration des molécules dans la matrice d'eau diminue. Le temps de demi-vie de la pyridine et du pyrène dans les nuages denses a été estimé à environ 13 et 20 millions d'années, respectivement. Cela suggère qu'une fois formées dans ces environnements, ces molécules pourraient survivre et contribuer à la formation planétaire.

Formed in the dense clouds, icy mantles are condensates of small molecules on solid grains. These icy mantles are promising sites for rich chemical processes, where complex organic molecules can form, as these mantles are continuously exposed to ionizing radiation. Once dense clouds transform into an accretion disc and eventually into a planetary system, these icy mantles may potentially contribute to the reservoir of the complex molecules of the planets.In this thesis, the effects of ion irradiation on two aromatic molecules, pyridine and pyrene were investigated. The samples were exposed to ion irradiation at the GANIL (Caen, France) and ATOMKI (Debrecen, Hungary) ion beam facilities. Their evolution was monitored using in-situ infrared spectroscopy. It was found that the initial structure (amorphous or crystalline) and the irradiation temperature do not affect the destruction cross section of pure pyridine. Additionally, it was observed that the local dose is not a key parameter as previously assumed. Indeed, since the destruction of pyrene caused by heavy ions, starting from C, is significantly greater than that caused by lighter ions such as H and He for the same deposited local dose. For both molecules, a significant increase in the destruction cross section was observed for decreasing molecule concentration in the water matrix. The half-life time of pyridine and pyrene in dense clouds was estimated to be around 13 and 20 millions of years, respectively. This suggests that once formed in these environments, they could survive and contribute to planetary formation.