Thèse de Samuel Del Fré

Soutenance de thèse de Samuel Del Fré - laboratoire PhLAM

Résumé :

Des quantités inhabituelles de molécules en phase gazeuse sont détectées dans les régions froides (environ 10 K) du milieu interstellaire (ISM), principalement attribuées à la désorption non thermique de molécules depuis les glaces déposées sur les grains de poussière. En particulier, la désorption induite par les rayons ultraviolets du vide (photodésorption VUV) est considérée comme étant une voie de désorption majoritaire dans les régions de l’ISM dominées par les photons. Les investigations expérimentales ont révélé que dans les glaces pures de monoxyde de carbone (CO), espèce omniprésente dans l’ISM, la photodésorption VUV peut suivre un mécanisme indirect de désorption induite par transition électronique (DIET) pour les photons dont l’énergie est comprise entre 7 et 10 eV. Néanmoins, la compréhension des mécanismes moléculaires sous-jacents reste un sujet de débat scientifique. Dans ce contexte astrochimique, nous présentons une étude théorique combinée utilisant la dynamique moléculaire ab initio (AIMD) basée sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et des potentiels machine learning (PML) construits avec des réseaux de neurones artificiels (ANN), afin d’étudier la dernière partie du mécanisme DIET dans les glaces amorphes de CO. Ici, une molécule CO hautement excitée vibrationnellement ( v = 40) au centre d’un agrégat composé de 50 molécules de CO, initialement optimisé puis thermalisé à 15 K, déclenche, la désorption indirecte de molécules de surface. Nos résultats théoriques révèlent que le processus de désorption consiste en 3 étapes fondamentales qui commence par une attraction mutuelle entre la molécule excitée vibrationnellement et une ou deux molécules voisines, activée par l’étirement de la liaison CO et favorisée par l’effet stérique des molécules environnantes. Cela est suivi par une séquence de transferts d’énergie initiée par une collision, se concluant en la désorption de molécules CO vibrationnellement froides dans 88% des trajectoires AIMD. De plus, les distributions théoriques de l’énergie interne et translationnelle des molécules désorbées concordent remarquablement
avec les résultats expérimentaux, ce qui soutient le rôle crucial de la relaxation vibrationnelle dans le processus de désorption. Enfin, les premiers PML construits à partir des simulations AIMD, sont capables d’ajuster avec précision la surface d’énergie potentielle multidimensionnelle du système, permettant de prédire ecacement les énergies des agrégats et les forces atomiques. Les simulations de dynamique moléculaire classique utilisant ces potentiels sont plus de 1800 fois plus rapides que celles basées sur l’AIMD, tout en offrant des précisions similaires à ceux de la DFT.