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Sow , Abdellahi , 1980-....

Dulieu , François , 19..-.... , astrophysicien

Brunetto , Rosario

Borget , Fabien , 1974-....

Fillion , Jean-Hugues , 19..-....

Loison , Jean-Christophe , 1963-....

Morisset , Sabine , 1978-....

Université de Cergy-Pontoise , 1991-2019

École doctorale Sciences et ingénierie , Cergy-Pontoise, Val d'Oise

Laboratoire d étude du rayonnement et de la matière en astrophysique et atmosphères , Paris , 2002-....

Étude expérimentale du collage du méthanol et de sa désorption chimique successive à son hydrogénation sur des surfaces d'intérêt astrophysique , Abdellahi Sow ; sous la direction de Francois Dulieu

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Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)

Partenaire(s) de recherche : Laboratoire d’étude du rayonnement et de la matière en astrophysique et atmosphères (Paris) (Laboratoire)

Autre(s) contribution(s) : Francois Dulieu, Rosario Brunetto, Fabien Borget, Jean-Hugues Fillion, Jean-Christophe Loison, Sabine Morisset (Membre(s) du jury) ; Rosario Brunetto, Fabien Borget (Rapporteur(s))

Thèse de doctorat Sciences de la terre et de l'univers - Cergy Cergy-Pontoise 2019

L’objectif de cette thèse est de comprendre les processus physiques et chimiques (le collage, désorption chimique) qui se produisent sur les grains de poussière interstellaire. Plus spécifiquement, ma thèse se concentre sur l'étude expérimentale de la désorption chimique et du collage du méthanol sur des surfaces d’intérêt astrophysique.Cette thèse rapporte la mesure expérimentale de la désorption, des COMs à la suite de l'exposition de H sur les manteaux de glace ainsi que l'étude expérimentale du collage du méthanol sur des surfaces d'intérêt astrophysique. L'accent est mis sur les espèces les plus abondantes et les plus connues, tel que le méthanol (CH3OH). On réalise une simulation expérimentale de l'hydrogénation du méthanol déposé sur une surface froide (10-40 K) et on l'analyse par des méthodes spectroscopiques.Toutes les expériences ont été réalisées avec l’expérience VENUS située au laboratoire LERMA à l’université de Cergy Pontoise, France. VENUS est composée d’une chambre à ultra-vide (UHV), appelée chambre principale, dotée d’une pression de base d’environ 10^{-10} mbar. Des atomes/molécules sont dirigées vers un porte-échantillon dans la chambre UHV au moyen d’un système à quatre jets séparés. La température du porte-échantillon peut être contrôlée entre 7 K à 400 K. Les produits sont sondés par spectrométrie de masse et spectroscopie infrarouge par réflexion en adsorption.Nous avons d'abord étudié la profondeur de pénétration des atomes H sur des films réactifs de NO et H_{2}CO. Nous avons démontré que seule la première couche réagissait avec H, et que les processus d'hydrogénation sont dominés par des effets de surface.Nous avons étudié le collage du méthanol en fonction de la température de la surface, de 7 K jusqu'à 40 K, ces températures de surface sont inférieures à sa température de désorption. On a fait varier la composition du substrat (^{13} CO, H_{2} O, et or). Nous avons pu démontrer que la variation de la température de surface à deux tendances antagonistes: textit{i}) Le collage diminue de 30% avec l'augmentation de la température de surface de 7 à environ 16 K.textit{ii}) Le collage augmente progressivement à une température supérieure à 16 K jusqu'à 40 K où il a une valeur similaire à celle de 7 K. Ces profils montrent qu’il existe également une légère différence dans le degré de collage aux températures les plus basses pour les différents substrats. La surface dorée présente le collage le plus faible et le substrat ^{13} CO (2 ML), le plus élevé.Les expériences préalables (Kimmel et al.2001, Bisschop et al.2006) n'ont pas étudié la variation avec la température et une valeur minimale du collage de 0.85 +- 0.05 à 14 K a été établie.La diminution du collage à très basses température est donc inédite et très importante (relativement).Enfin, nous avons montré que sous l'effet de l'exposition à un jet d'atomes H, un film de méthanol subit une diminution.Nous pensons que les réactions d'abstraction: CH3OH + H ------> CH2OH + H2, suivie de la réaction d'addition: CH2OH + H ------> CH3OH sont responsables du retour en phase gazeuse d'une partie du film de méthanol. Cette désorption chimique est plus efficace sur l'or que sur l'eau. Sur une sous couche de ^{13}CO elle est plus rapide que la formation du 13CH3OH, mais reste limité à une fraction de la couche.L'impact de la diminution du collage et de la désorption chimique du méthanol sur le maintient de cette COMs en phase gazeuse dans les nuages moléculaires reste à étudier mais les deux aspects vont dans le sens d'un maintient plus efficace qu' initialement estimé.

The goal of this thesis is to understand the physical and chemical processes (sticking, chemical desorption) that occur on interstellar dust grains. More specifically, my thesis focuses on the experimental study of chemical desorption and methanol sticking on surfaces of astrophysical interest.This thesis reports the experimental measurement of desorption of COMs following exposure to H on ice mantles and the experimental study of methanol sticking on surfaces of astrophysical interest. The focus is on one of the most abundant and well-known species, that is methanol (CH3OH).An experimental simulation of the hydrogenation of methanol deposited on a cold surface (10-40 K) is carried out and analyzed by spectroscopic methods.All experiments were carried out with the VENUS setup located at the LERMA laboratory at the University of Cergy Pontoise, France. VENUS is composed of an ultra-high vacuum (UHV) chamber, with a base pressure of about 10^{-10} mbar. Atoms/molecules are directed to a sample holder in the UHV chamber by means of a system of four separate beam lines. The temperature of the sample holder can be controlled between 7 K and 400 K. The products are probed by mass spectrometry and Fourier transform infrared spectroscopy.We first studied the penetration depth of H atoms on reactive films of NO and H2CO. We have shown that only the first layer reacts with H, and that hydrogenation processes are dominated by surface effects.We studied the sticking of methanol as a function of surface temperature, from 7 K to 40 K.The composition of the substrate was varied (^{13}CO, H2O, and gold). We were able to demonstrate that the variation in surface temperature has two antagonistic tendencies: textit{i}) The sticking decreases of around 30% with the increase in surface temperature from 7 to about 16 K.textit{ii}) The sticking gradually increases at a temperature above 16 K, until 40 K where it has a value similar to that of 7 K. These profiles show that there is also a slight difference in the degree of sticking at the lowest temperatures for the different substrates. The gold surface has the lowest sticking coefficient and the substrate ^{13}CO (2 ML) has the highest one.The previous experiments (Kimmel et al.2001, Bisschop et al.2006) did not study the variation with temperature and a minimum sticking value of 0.85 +- 0.05 to 14 K was established.The reduction in sticking at very low temperatures is therefore unprecedented and very important (relatively).Finally, we have shown that under the effect of exposure to a beam of H atoms, a methanol film undergoes a decrease in thickness.We believe that the abstraction reactions: CH3OH + H ------> CH2OH + H2, followed by the addition reaction: CH2OH + H ------> CH3OH are responsible for the return to the gas phase of part of the methanol film. This chemical desorption is more efficient on gold than on water. On a sublayer of ^{13}CO, chemical desorption is faster than the formation of 13CH3OH, but remains limited to a fraction of the layer.The impact of the decrease in sticking and the chemical desorption of methanol on the retaining of this COM in the gas phase in molecular clouds remains to be studied, but both aspects point in the direction of a more efficient return to the gas phase than previously estimated.

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