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Doctorant(e) en Chimie Physique orientée astrochimie (H/F)

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : mardi 4 mai 2021

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Informations générales

Référence : UMR8214-ANNLAF-001
Lieu de travail : ORSAY
Date de publication : mardi 13 avril 2021
Nom du responsable scientifique : Anne LAFOSSE
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 septembre 2021
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Désorption non-thermique issue de glaces moléculaires modèles - vers des données astrochimiques quantitatives

La chimie dans le milieu interstellaire (MIS) a lieu dans la phase gazeuse ainsi qu'à la surface des grains de poussière interstellaire, où des films de molécules physisorbées se forment. Ces glaces sont transformées par les photons et les rayons cosmiques, et inévitablement par les nombreux électrons secondaires de basse énergie produits par ces radiations. Cette chimie alimente le milieu en nouvelles espèces moléculaires. La désorption est l'étape clé de cette interaction entre phase gazeuse, phase solide et radiations, et est centrale dans l'interprétation des données observationnelles les plus récentes obtenues par la dernière génération de télescopes (ALMA, NOEMA, futur JWST). Elle peut être induite thermiquement (par chauffage) ou non thermiquement par des radiations, ou encore résulter des processus chimiques exothermiques induits. Les études proposées seront consacrées aux processus de désorption non thermiques induits par des électrons (haute énergie typique pour les électrons Auger ~500 eV, basse énergie typique pour les électrons secondaires < 20 eV) et des photons (rayons X mous) à partir de films minces physisorbés, constitués de molécules piégées dans une matrice H2O/CO2, le plus souvent observés dans le MIS. Comment l'excitation électronique des molécules de la matrice participe-t-elle à la désorption non-thermique ? Dans quelle mesure les électrons Auger (vs les électrons secondaires de basse énergie) résultant de l'irradiation par les rayons X gouvernent-ils la désorption non-thermique ? Les réponses à ces questions physico-chimiques conduiront à une meilleure compréhension de la désorption non-thermique dans les régions de formation de planètes dans le MIS, à savoir les disques protoplanétaires. Elles permettront une modélisation correcte des processus induits par les rayons X et les électrons dans ces milieux, jusqu'à présent peu contraints expérimentalement, et fourniront des moyens de comprendre leur richesse chimique encore inexpliquée.
Des modèles de glaces moléculaires (matrices H2O et CO2 dopées avec des espèces organiques légères observées comme le méthanol CH3OH, l'ammoniac NH3, l'acide formique HCOOH...) seront déposés sur un substrat d'or à basse température (< 25 K). Une analyse combinée par spectroscopie vibrationnelle (IRRAS / HREELS) et désorption programmée en température (TPD) permettra de sonder la morphologie et l'épaisseur des glaces déposées. La désorption non-thermique sera suivie par spectrométrie de masse afin d'identifier et de quantifier les espèces impliquées. La désorption sous irradiation photonique dans le domaine des rayons X mous sera étudiée dans le dispositif SPICES (LERMA, Sorbonne Université), qui sera installé à l'extrémité d'une ligne de faisceau synchrotron [Basalgète A&A 2021]. La désorption sous irradiation électronique sera étudiée dans le dispositif "électrons-solides" (ISMO, Université Paris-Saclay) [Sala PhD 2018]. Les objectifs ultimes sont : (i) d'identifier les processus élémentaires à l'œuvre à l'échelle moléculaire, (ii) de déterminer les taux quantitatifs de désorption des espèces neutres (en molécules par électron/photon incident) et (ii) d'accéder aux sections efficaces pour certains processus.

Contexte de travail

Le(a) doctorant(e) sera inscrit(e) à l'Ecole Doctorale 2MIB, « Sciences Chimiques : Molécules, Matériaux, Instrumentation et Biosystèmes », de l'Université Paris Saclay (https://www.universite-paris-saclay.fr/ecoles-doctorales/sciences-chimiques-molecules-materiaux-instrumentation-et-biosystemes-2mib) et bénéficiera d'une offre de formations complémentaires large et adaptée.
Le travail proposé sera mené en cotutelle sous la direction de :
(i) M. Bertin, de l'équipe Spin, Photons et Glaces du laboratoire LERMA (Laboratoire d'Etudes du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères), une unité mixte de recherche (UMR 8112) commune au CNRS, à l'Observatoire de Paris (OP), Sorbonne Université (SU) et l'Université Cergy Paris (CYU),
(ii) A. Lafosse, de l'équipe SIM2D « Surfaces, Interfaces, Molecules & 2D Materials » de l'ISMO (Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay), une unité mixte de recherche (UMR 8214) du CNRS et de l'Université Paris-Saclay.
Le(a) doctorant(e) sera amené(e) à participer à des expériences auprès du rayonnement synchrotron SOLEIL.
L'ensemble du travail sera réalisé au sein du consortium constitué des 3 partenaires de l'ANR PIXyES (Photodesorption Induced by UV-X-rays and Electrons on ice Surfaces, 2021-2025) : le LERMA (porteur du projet), l'ISMO et le PhLAM (Laboratoire de Physique des Lasers Atomes et Molécules, unité mixte de recherche (UMR 8523) du CNRS et de l'Université de Lille).
Les travaux de recherche du(de la) doctorant(e) ne seront pas soumis à confidentialité. Ils seront donc publiés dans des revues internationales à comité de lecture. Par ailleurs, le(a) doctorant(e) participera au moins à une conférence nationale dès la première année de thèse (si les conditions sanitaires et son niveau de français le permettent) puis à une conférence internationale à partir de la deuxième année de thèse.

Contraintes et risques

Les risques associés au contexte expérimental sont : hautes tensions, cryogénie, gaz sous pression, ultra-haut-vide, chimique (certains composés envisagés présentent des risques limités).
Des formations « sécurité - nouveaux arrivants » obligatoires sont réalisées à l'ISMO et avant d'accéder au rayonnement synchrotron.
Les déplacements les plus fréquents à prévoir auront tous lieu entre Orsay-plateau, Paris et Gif-sur-Yvette (synchrotron SOLEIL).

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