La spectroscopie d'absorption en phase gaz dans l'UV et le VUV

Publié par Redbran le 19/06/2016 à 12:00
Source et illustrations: SOLEIL SYNCHOTRON
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Spectroscopie VUV à très haute résolution: quand les mesures de laboratoire viennent éclairer l'espace.

Depuis peu, la ligne de lumière DESIRS dispose d'une branche expérimentale dédiée à la spectroscopie d'absorption en phase gaz dans l'UV et le VUV. Cette branche associe un spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant de décomposer une quantité...) unique à très haute résolution spectrale et une chambre d'environnements-échantillon permettant des mesures sous des conditions très variées, afin de simuler en laboratoire les situations rencontrées dans certaines régions de l'espace.


Figure 1. Section efficace d'absorption de la molécule CO autour de 115 nm à différentes températures. Jet moléculaire en noir (~48 K), cellule sans hublots à température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) ambiante en bleu, et haute température en orange (~ 971 K). Le spectromètre TF de la ligne DESIRS permet d'enregistrer les spectres avec un pouvoir de résolution (En optique, le pouvoir de résolution d'un système optique désigne sa capacité à distinguer des...) suffisamment élevé pour observer la structure rotationnelle de la molécule.

La détection récente d'ondes gravitationnelles ouvre peut-être la voie à une nouvelle astronomie, mais à ce jour le rayonnement électromagnétique (Un rayonnement électromagnétique désigne une perturbation des champs électrique...) reste notre source d'information la plus importante. Il est le fondement de notre compréhension de l'univers, des planètes du système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le...) à l'espace interstellaire et au-delà. Avec l'avènement de l'instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) embarquée sur des satellites (Satellite peut faire référence à :), des mesures dans des gammes spectrales difficilement accessibles à cause de l'absorption due à l'atmosphère terrestre (L'atmosphère terrestre est l'enveloppe gazeuse entourant la Terre solide. L'air sec se compose...) sont maintenant disponibles. C'est notamment le cas des mesures dans l'UV profond (appelé VUV comme Vacuum Ultra Violet ou UV du vide, pour des longueurs d'onde inférieures à 200 nm), très abondant dans l'espace avec, par exemple, le fameux rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) Lyman a dû à la désexcitation de l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) atomique. Le VUV est responsable d'une riche photochimie, sur des gaz comme sur des grains glacés, capable d'engendrer des molécules complexes à partir de très simples précurseurs.

C'est dans ce contexte astrophysique, entre autres, qu'a été développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de...) sur la ligne de lumière DESIRS une branche expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes...) dédiée à la spectroscopie d'absorption en phase gaz dans l'UV et le VUV. Cette branche associe un spectromètre unique à très haute résolution spectrale et une chambre d'environnements-échantillon permettant des mesures sous des conditions très variées, afin de simuler en laboratoire les situations rencontrées dans certaines régions de l'espace. En effet, en astrophysique, il est très souvent nécessaire de croiser les données issues de l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) avec les données de laboratoire. Sans ces dernières, les modèles physiques qui permettent de comprendre la chaîne de processus menant aux conditions observées restent incomplets. C'est particulièrement important dans le VUV où les transitions électroniques sont impliquées, selon une spectroscopie complexe qui demande une modélisation totalement quantique poussée. Il faut prendre en compte les mécanismes de relaxation de l'état excité, comme par exemple la dissociation qui peut fortement limiter la survie de certaines des espèces présentes.

Pour comprendre, et dans certains cas, simuler cette photochimie qui peut être à la fois très riche et très complexe, il est important de s'approcher en laboratoire des conditions (pression, température) rencontrées dans des environnements astrophysiques variés. Dans ce but, des cellules d'absorption diverses ont été développées sur la branche de spectroscopie par transformation de Fourier (TF) de la ligne DESIRS. En particulier, cette branche peut aujourd'hui accueillir une cellule refroidie à l'azote liquide, une cellule chauffée pouvant atteindre des températures de l'ordre de 1000 K, ainsi qu'un dispositif de jet moléculaire permettant de réduire la température rotationnelle des espèces jusqu'à environ 10 K (figure 1). Ces dispositifs, proposés à la communauté d'utilisateurs de la ligne, permettent de modifier relativement rapidement les conditions expérimentales de mesure. Ils offrent notamment la possibilité d'obtenir des probabilités absolues d'absorption (sections efficaces), nécessaires aux modèles globaux qui tentent de prédire la composition moléculaire de l'espace interstellaire ou de l'atmosphère des planètes. D'autres dispositifs sont en cours de développement, par exemple pour l'étude d'espèces radicalaires et transitoires très réactives que l'on produira dans une cellule à décharge électrique (Le terme décharge électrique désigne des phénomènes variés :) (figure 2) et que l'on pourra également venir sonder en absorption sur la branche TF.


Figure 2. Le faisceau synchrotron VUV de la ligne DESIRS permet de sonder en absorption les espèces transitoires, tels que les radicaux, produites dans une décharge électrique.
Publication associée: De Oliveira, N., Joyeux, D., Roudjane, M., Gil, J. A., Pilette, B., Archer, L., Ito, K. and Nahon, L.
The high-resolution absorption spectroscopy branch on the VUV beamline DESIRS at SOLEIL.
Journal of Synchrotron Radiation, on line first (31/05/2016)

Pour plus d'information voir: Ligne de lumière DESIRS
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