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Glaçage des poussières interstellaires : une nouvelle approche expérimentale

ABG-82930 Sujet de Thèse
11/02/2019 < 25 K€ brut annuel
Centre National de la Recherche Scientifique
MARSEILLE - Provence-Alpes-Côte d'Azur - France
Glaçage des poussières interstellaires : une nouvelle approche expérimentale
  • Physique
  • Chimie
  • Terre, univers, espace
astrochimie, grains, glace, laboratoire, physico-chimie

Description

Le milieu interstellaire est formé de 99% de gaz (atomes, molécules) et de 1% de grains de poussières froids (10 K). En phase gazeuse, les atomes et les molécules n'ont presque aucune chance de se rencontrer. Cependant, ils peuvent se condenser sur les grains de poussières froids et former une couche de glace dans/sur laquelle ils peuvent réagir thermiquement et par voie photochimique (UV, rayons X, rayons cosmiques). Ce processus permet l'apparition dans l'espace de molécules simples comme H2, CO2, CH3OH, SO2, et de molécules plus complexes (acides aminés, sucres, etc.). Dans les disques protoplanétaires entourant les étoiles naissantes, ces grains coagulent grâce à leur surface de glace qui sert de ciment [1]. Certains de ces agglomérats grossiront et deviendront des planètes ; d’autres, plus petits, produiront des comètes qui apporteront sur les planètes primitives l’eau et les matériaux organiques nécessaires à l’apparition de la vie.

Dans cette thèse, nous proposons de simuler expérimentalement l’étape initiale de formation de glace sur des modèles de grains de poussières interstellaires réalistes. Jusqu’à présent, dans les nombreux travaux réalisés sur ce sujet, seules des surfaces parfaitement planes (graphite, olivine, etc.) ont été utilisées comme support pour la formation de glace [2]. Par conséquent l’influence de la morphologie et de la taille du grain sur la première étape de croissance de la glace n’a jamais été étudiée expérimentalement. Or, ces paramètres morphologiques jouent un rôle prépondérant dans le bilan entre phase gazeuse et phase condensée de l’eau interstellaire [3]. On utilisera comme modèle de grain des nanoparticules de carbone dont la morphologie, la structure et les propriétés chimiques seront préalablement caractérisées. On étudiera la croissance de la glace d’eau sur ces nanoparticules, ainsi que la croissance de glaces plus complexes (CO2/H2O ou CH3OH/H2O). L’influence de la température et du rayonnement UV seront aussi abordés. Les techniques utilisées seront la photoémission (XPS, UPS), la spectroscopie infrarouge (FTIR) et la microscopie électronique en transmission (MET).

 

[1]         S.I. Sirono, The sintering region of icy dust aggregates in a protoplanetary nebula, Astrophys. J. 735 (2011) 1–5. doi:10.1088/0004-637X/735/2/131.

[2]         K. Oberg, Photochemistry and Astrochemistry : Photochemical Pathways to Interstellar Complex Organic Molecules, Chem. Rev. 116 (2016) 9631–9663. doi:10.1021/acs.chemrev.5b00694.

[3]         S. Krijt, F.J. Ciesla, E.A. Bergin, Tracing water vapor and ice during dust growth, Astrophys. J. 833 (2016) 1–14. doi:10.3847/1538-4357/833/2/285.

Nature du financement

Contrat doctoral

Précisions sur le financement

Présentation établissement et labo d'accueil

Centre National de la Recherche Scientifique

Le CINaM (UMR 7325), formellement créé en 2008, résulte de la fusion de plusieurs unités de recherche (voir onglet historique). Cette évolution découle de l’élargissement des thématiques initiales (étude des mécanismes de la croissance cristalline puis physique de la matière condensée puis nanoscience) et de la conviction d’une nécessaire synergie entre physiciens et chimistes pour conduire des recherches de haut niveau en nanosciences et plus particulièrement centrées sur les nanomatériaux et leurs propriétés.

Les recherches conduites au CINaM prennent en compte les aspects multi-échelles de la structure des matériaux (molécules, agrégats de quelques atomes, nanoparticules, films minces, objets macroscopiques d’origine naturelle ou anthropique). Le centre est particulièrement reconnu pour ses activités concernant la conception, l’élaboration et l’étude de nanomatériaux, nano-objets ou surfaces nano-structurées, ainsi que pour l’étude des phénomènes confinés aux échelles nanométriques. Les activités de physique et de chimie aux frontières des sciences de la vie et de la santé ont également pris ces dernières années un essor important. Le CINaM se caractérise ainsi par une activité aux interfaces physique, chimie, et biologie.

Les activités du laboratoire sont tout autant expérimentales (tirant avantage de techniques et de plateformes instrumentales de haut niveau), que théoriques (bénéficiant d’un large panel de méthodes de modélisations et de simulations). Elles concernent tant des aspects fondamentaux (étude des mécanismes) que des applications dans des domaines variés (biominéralogie, matériaux d’usage, nanomédecine …). Les champs d’application sont vastes et les équipes du CINaM sont de ce fait fortement impliquées dans les programmes qui ont pour objectif de relever les grands défis sociétaux dans les domaines des technologies avancées, de l’énergie, de l’environnement, du vivant et de la santé.

Le CINaM rassemble ainsi un ensemble cohérent de compétences et d’expertises réparties dans cinq départements de tailles inégales :

Ingénierie Moléculaire et Matériaux Fonctionnels (IMMF) :

Nanomatériaux (NM)

Sources et Sondes Ponctuelles (SSP)

Théorie et Simulation Numérique (TSN)

Physique et nano-micro Ingénierie pour le Vivant (PIV)

Les tutelles du laboratoire sont Aix Marseille Université (AMU) et le CNRS (rattachement principal INP, rattachement secondaire INC).

Le positionnement international du CINaM trouve écho dans sa participation à des projets structurants dans le cadre de laboratoires et accords internationaux. Le CINaM est ainsi le laboratoire miroir de l’UMI « Multiscale Material Science for Energy and Environment » d’acronyme MSE2 (partenaires : MIT, CNRS, AMU) à Boston (USA) qui aborde l’étude de matériaux complexes, tels les ciments, les céramiques ou les géo-matériaux selon des approches combinant simulations numériques et méthodes expérimentales. Le CINaM est également partenaire de l’UMI « Building Blocks for Future Electronics Laboratory » d’acronyme 2B-Fuel (partenaires Yonsei University, Awha Womans University, CNRS) à Séoul (Corée du sud) centré sur le développement de matériaux 2D fonctionnalisés formés à base d’hétérostructures multicouches hybrides organiques et leurs applications en optique et électronique. Mentionnons également le Laboratoire International Associé avec le Vietnam (LIA MaSeNO - Magnetic Semiconducting Nano Objects) dans le domaine de la nanophysique, du micro et nano-magnétisme et de la nanophotonique ainsi que l’accord de collaboration établi avec le RIEC (Research Institute of Electrical Communication, Université de Tohoku, Japon). Un Memorandum Of Understanding (MOU) associe également deux laboratoires de physique d’AMU, le PIIM et le CINaM, avec l’International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA) du National Institute for Materials Sciences (NIMS, Tsukuba, Japon).

Intitulé du doctorat

Doctorat de Physique

Pays d'obtention du doctorat

France

Etablissement délivrant le doctorat

Aix-Marseille Université

Ecole doctorale

Ecole doctorale 352 Physique et Sciences de la matière

Profil du candidat

Le/la candidat(e) doit avoir obtenu son diplôme de Master 2 en 2019 (pas antèrieurement), avec une note d'au moins 14/20, et de bonnes notes de M1. Il/elle doit avoir une solide formation en physique, en chimie-physique ou en chimie option chimie-physique ou spectroscopie, et être intéressé(e) par le travail expérimental.

Il/elle devra être rigoureux, capable de prendre des initiatives, avoir l'esprit d'analyse et de synthèse, et d'excellentes capacités de communication écrites et orales, en français ou en anglais.

Date limite de candidature

16/04/2018
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