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Posté par Redbran le Samedi 10/02/2018 à 12:00
Dynamique moléculaire à la femtoseconde: un nouveau regard sur les réactions photochimiques
Une équipe du Laboratoire de Chimie Physique Matière et Rayonnement (CNRS/Sorbonne Université) a mené des expériences pompe-sonde à très haute résolution en temps, en collaboration avec une équipe suédoise, italienne et croate. Ces expériences donnent ainsi des informations détaillées sur les processus photochimiques, à l’échelle de quelques dizaines de femtosecondes. Une meilleure compréhension qui aidera à mieux contrôler ce type de réactions, nombreuses en chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou proches.) naturelle comme artificielle. Ces travaux sont publiés dans Nature Communications.

Les processus photochimiques sont légion en chimie, aussi bien naturelle (photosynthèse, vision animale) qu’artificielle (photo-polymérisation, photo-catalyse). Ils mettent en jeu des échelles de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) extrêmement courtes, qu’une équipe du Laboratoire de Chimie Physique (La chimie physique est l’étude des bases physiques des systèmes chimiques et des procédés. En particulier, la description...) Matière et Rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) (CNRS/Sorbonne Université) (1) vient de rendre observables.


Certaines voies de fragmentation de l'acétylacétone.
©Marc Simon

En effet, tous ces processus ont en commun une étape d’initiation, l’activation (Activation peut faire référence à :) de la réaction chimique par absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre...) de lumière: la structure électronique et la géométrie de la molécule irradiée sont modifiées, permettant d’enclencher le mécanisme de la réaction en quelques dizaines de femtosecondes (une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La...) contenant un million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un (1 000 001). Il...) de milliards de femtosecondes – 1015 fs).

Pour étudier, comprendre et contrôler ce type de réaction, il faut pouvoir suivre les chemins réactionnels sur de telles échelles de temps. C’est ce que permettent aujourd’hui les expériences pompe-sonde résolues en temps mises en place par les équipes de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...). La pompe (Une pompe est un dispositif permettant d'aspirer et de refouler un fluide.) (un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain « light amplification by...) ultraviolet) permet d’initier la réaction et la sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est au-delà....) (produite par le laser à électron libre FERMI) de suivre l’évolution du système à différents temps contrôlés très précisément par le délai entre la pompe et la sonde. Les scientifiques ont, par exemple, pu suivre la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) du réarrangement et de la fragmentation d’une molécule d’acétylacétone après photoexcitation, sur une échelle de temps de l’ordre de 50 fs. Souvent utilisée comme solvant, l’acétylacétone est une molécule stable qui présente des applications potentielles aussi bien médicales qu’environnementales.

Basée sur des spectres à haute résolution et appuyée par des calculs de haut niveau, l’approche ici proposée est la façon la plus performante d’élucider les processus photoinduits fondamentaux tels que la photosynthèse, la production d'énergie photovoltaïque et la vision.


Principales voies de réarrangement et surfaces d'énergie potentielle impliquées dans la fragmentation de la molécule d'acétylacétone après photoexcitation.
©Marc Simon

Note:
(1) en collaboration avec des équipes de chercheurs des universités d’Uppsala et de Göteborg (Suède), de l’institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) Ru?'er Boškovi? à Zagreb (Zagreb (API : [/ˈzɑːgrɛb/] ; en hongrois, Zágráb, en italien, Zagabria ; anciennement nommée en...) (Croatie), du laboratoire Elettra-FERMI et de l’université de Trieste (Italie)


Références publication:
R. J. Squibb, M. Sapunar, A. Ponzi, R. Richter, A. Kivimäki, O. Plekan, P. Finetti, N. Sisourat, V. Zhaunerchyk, T. Marchenko, L. Journel, R. Guillemin, R. Cucini, M. Coreno, C. Grazioli, M. Di Fraia, C. Callegari, K. C. Prince, P. Decleva, M. Simon, J. H. D. Eland, N. Došli?, R. Feifel, M. N. Piancastelli
Acetylacetone photodynamics at a seeded free-electron laser
Nature Communications – Janvier 2018
DOI: 10.1038/s41467-017-02478-0

Contacts chercheurs:
Marc Simon, LCPMR UMR7614, Sorbonne (La Sorbonne est un complexe monumental du Quartier latin de Paris. Elle tire son nom du théologien du XIIIe siècle Robert de Sorbon, le fondateur du collège de Sorbonne,...) Université

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Source: CNRS-INC