Thèse de Sylvain Badin

Soutenance de thèse de Sylvain Badin - laboratoire PhLAM

Résumé :

La propulsion électrique est une méthode de propulsion à réaction permettant de fournir une faible poussée pour une longue période temporelle, ce qui est particulièrement utile pour des missions interplanétaires ou pour des manœuvres de correction de trajectoire pour des satellites. Récemment, un nouveau type de propulseur utilisant l’iode comme carburant a été développé : un plasma d’iode est formé et un champ électrique expulse les ions du réacteur créant ainsi une poussée. L’iode a pour avantage par rapport aux autres types de carburant (notamment le Xénon) sa facilité à être stocker sous forme
solide et son prix relativement faible. L’amélioration de la propulsion à l’iode est entravé par le manque de connaissance sur la chimie des plasmas d’iode. Dans ce travail, l’objectif est de calculer les sections efficaces
de certaines des réactions chimiques ayant lieu dans le plasma d’iode afin de les utiliser dans des modèles cinétiques décrivant ces plasmas. Les réaction de neutralisation mutuelles entre d’une part I+ et I− et d’autre part I2+ et I− ont été étudiées.
Pour cela, les courbes d’énergies potentielles des systèmes I2 , I2+ et I2− ont été calculées en utilisant une méthode de chimie quantique relativiste (MRCI à quatre composantes) et la surface d’énergie potentielle fondamentale tridimensionnelle de I3 a été calculée à l’aide d’un méthode de chimie quantique incluant la relativité scalaire et le couplage spin-orbite (CASSCF/PT2/SI). Les sections efficaces de la réaction I+ + I− → I + I ont
ensuite été obtenues à l’aide d’une méthode de dynamique semi-classique : la méthode Landau Zener Surface Hopping et ont été comparées à des mesures expérimentales menées avec le double anneau d’ion DESIREE à Stockholm.
D’autres expériences menées à DESIREE ont permis de montrer que la réaction de neutralisation mutuelle entre I+2 et I− formait trois atomes d’iode dans leur état fondamental et dans une géométrie linéaire tandis que la formation de I2 + I n’était pas observée. Un modèle de dynamique classique a été construit à partir de la surface d’énergie potentielle fondamentale de I3 et permet d’estimer l’ordre de grandeur des sections efficaces de cette réaction. Cependant, ce modèle ne permet pas de prédire la répartition des produits entre I2 + I et I + I + I.
En outre, les spectres d’absorption de I2 et de ses ions I+2 et I2− ont été calculées entre 350 et 900 nm à partir de leurs courbes d’énergie potentielle.

Mots Clés : collisions ions-ions,chimie-physique,plasmas,chimie théorique,propulsion spatiale,cinétique chimique