Les Polycycles Aromatiques Hydrogénés (PAH) sont des macromolécules organiques présentant à la fois un intérêt astrophysique et environnemental. En astrophysique, les bandes infrarouge aromatiques (AIB) découvertes dans les années 80, situées entre 3 and 15 μm, sont attribuées aux modes de vibration de populations de PAH 1] qui pourraient composer 10 à 15% du carbone interstellaire. Les PAH sont également des candidats pour expliquer les bandes interstellaires diffuses (DIB), de faible intensité, mesurées entre 0.38 and 1.3 μm. Cependant, aucune molécule PAH spécifique n’a jusqu’ici été formellement identifiée et une variété d’espèces dérivées (PAH+/0/- substitués ou coordonnés) ont été proposées [2]. Au LCPQ, des études théoriques ont été développées sur des complexes modèles: complexes SiPAH+ [3] et FePAH+ [4], et petits agrégats [PAH(H2O)] [5]. Ces études théoriques sont connectées aux expériences de laboratoire soit en matrice cryogénique (J. Mascetti, ISM, Bordeaux: matrices d’argon [7a] ou matrices de glace d’eau [7b,c]), soit dans des pièges à ions (C. Joblin, expérience PIRENEA, IRAP Toulouse). Les complexes PAH-eau sont également intéressants pour leur implication en chimie de l’atmosphère où les propriétés et la réactivité des PAH, molécules toxiques, sont fortement modifiées par l’interaction avec des nano-gouttelettes/nanoparticules d’eau/glace.
Le projet envisage l’étude théorique de nanoparticules (grains) [(PAH)m(X)n] (X=H2O, Fe). L’objectif est de contribuer à (i)- comprendre les processus qui gouvernent la réactivité et la spectroscopie des complexes PAH et PAH-Fe en présence d’agrégats d’eau : aspects structuraux, électroniques, énergétiques, dynamiques et spectroscopiques (IR), effet de la taille de la nano-gouttelette, influence de la température, (ii)- comprendre l’influence de la matrice (argon ou glace), -(iii)- apporter un support et proposer de nouvelles pistes aux expériences, (-iv)- mettre au point de nouvelles approches de simulation.
L’équipe MAD développe des méthodes de Dynamique Moléculaire dites en vol (on the fly) fondées sur une représentation de la structure électronique par la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité et ses approximations liaisons fortes (DFTB) qui permettent des simulations sur des systèmes complexes (100-1000 atomes) de manière explicite. L’influence de l’environnement cryogénique sera étudiée dans une approche multi-méthodes et multi-échelles (quantique pour la partie réactive, classique pour l’environnement matriciel), les glaces étant décrites par des champs de forces polarisables (collaboration avec une équipe du PHLAM/Lille).
Le sujet s’inscrit dans les axes du Programme National du CNRS Physico-Chimie des Molécules Interstellaires (interaction gaz-grain), ainsi que du Groupement de Recherche « Edifices Moléculaires Isolés et Environnés ».

Type de financement CNRS/Région acquis

Référence bibliographique

[1] a) A. Léger and J. L. Puget, Astron. Astrophys., 1984, 137, L5–L8 ; b) L. J. Allamandola, A. G. G. M. Tielens and J. R. Barker, Astrophys. J., 1985, 290, L25–L28.

[2] a) A.G.G.M. Tielens, Ann. Rev. Astron. Astrophys., 2008, 46, 289. b) MJF. Rosenberg, O. Berne, C. Boersma, LJ. Allamendola, AGGM. Tielens, Astron. Astrophys. 2011, 532, A128.

[3] a) B. Joalland, A. Simon, C. Marsden, C. Joblin Astron. Astrophys.
2009, 494, 969-976 ; b) B. Joalland, M. Rapacioli, A. Simon, C. Joblin, C. J. Marsden and F. Spiegelman, J. Phys. Chem. A, 2010, 114, 5846–5854.

[4] a) A. Simon and C. Joblin, J. Phys. Chem. A, 2007, 111, 9745–975 ; b) A. Simon and C. Joblin, Astrophys. J., 2010, 712, 69–77 ; c) A. Simon, M. Rapacioli, M. Lanza, B. Joalland, F. Spiegelman, PCCP, 2011, 13, 3359.

[5] A. Simon, M. Rapacioli, J. Mascetti, F. Spiegelman, PCCP, in press, 2012, DOI:10.1039/C2CP40321H.

[6] a) A. Simon, C. Joblin, N. Polfer and J. Oomens, J. Phys. Chem. A, 2008, 112, 8551–8560 ; b) A. Simon and C. Joblin, J. Phys. Chem. A, 2009, 113, 4878–4888.

[7] a) F. Elustondo, M. Dalibart, J. Derouault, J. Mascetti, Phys. Chem. Earth 1999, 24, 583 ; b) Z. Guennoun, C. Aupetit, J. Mascetti, Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 7340 ; c) Z. Guennoun, C. Aupetit, J. Mascetti, J. Phys. Chem. A, 2011, 115, 1844.

Début de la thèse 1 octobre 2012

Date de dépôt 28 mars 2012

Contact : [Simon Aude

Directeurs de thèse : Fernand Spiegelman et Aude Simon

Laboratoire : LCPQ (groupe MAD : modélisation, agrégats, dynamique)

Site web : http://www.adum.fr/as/ed/voirproposition.pl?langue=&site=edsdm&matricule_prop=3824