CNRS - GdR SpecMo n°3152 - Spectroscopie Moléculaire

Spectroscopie et astrophysique

Les observations spatiales effectuées par les missions planétaires (CIRS et VIMS sur la sonde Cassini, VIRTIS sur Venus Express et PFS et OMEGA sur Mars Express, SWS et LWS sur le satellite ISO, HIFI sur Herschel) produisent également de nombreux spectres de très haute qualité.

a) Concernant les planètes du Système Solaire, de nombreuses molécules sont étudiées par les missions CIRS/Cassini dans l’atmosphère de Titan (CH4, CH3CN, CH3D, C4H2, HC5N, C3H4, C2H4…), ou encore CO et CO2 pour les missions Mars Express et Venus Express. Nous retrouvons ici des problématiques proches du thème A ci-dessus et, clairement ces deux thèmes peuvent profiter de leurs expériences respectives et mener à des échanges fructueux. Notons également que la problématique évoquée plus haut sur le continuum de l’eau est plus générale et se présentera probablement aussi pour la modélisation de l’atmosphère de Titan et de Vénus, en ce qui concerne le continuum du méthane et du gaz carbonique, respectivement.

b) La modélisation des spectres d’exoplanètes. Les atmosphères d’exoplanètes présentent des caractéristiques particulières: températures très élevées en comparaison avec les planètes, domaine de pression étendu, modélisation sur de grandes étendues spectrales. De plus, la connaissance très incomplète de ces atmosphères, combinée à des contraintes observationnelles encore limitées, implique une stratégie de modélisation particulière. Le calcul de bases de données spectrales de très grande capacité oblige à une optimisation du calcul de transfert radiatif et à une gestion de bases de données spectrales énormes. Les molécules d’intérêt sont connues de la spectroscopie planétaire : CO2, CO, H2O, CH4 principalement. L’extension des bases de données existantes à haute température nécessite des approches nouvelles (approximations dans les calculs d’hamiltoniens, calculs ab initio, etc.).

Le contexte de développement de nouvelles missions spatiales à l’ESA dans le programme Cosmic Vision ou à la NASA offre aussi de nouveaux champs d’activité en astrophysique qui nécessiteront des mesures spectroscopiques nouvelles : on citera en particulier les missions vers Jupiter JUNO (NASA) ou LAPLACE/JUICE (ESA). Dans le domaine des exoplanètes, les mesures spectroscopiques au sol sont en progression constante : des besoins sont d’ores et déjà apparus en spectroscopie, en particulier pour la préparation du projet de mission M3/ESA « ECHO » sur la spectroscopie de transit des exoplanètes.

c) La mise en service d’observatoires radio-astronomiques de nouvelle génération est le moteur d’un formidable appel à la spectroscopie submillimétrique pour fournir les données essentielles à l’étude du milieu interstellaire et à leur valorisation. Pour l’observatoire spatial Herschel (2009-2012), il s’agit de compléter les mesures et les prédictions précises dans la gamme THz et infrarouge lointain en accompagnant les programmes de recherche en cours. La sensibilité extrême de l’interféromètre international ALMA (Atacama Large Millimeter Array, mis en service depuis 2012) implique de disposer d’un inventaire complet des raies de nombreuses espèces jusqu’à environ 1 THz.

D’une part il s’agit d'obtenir la carte d'identité spectroscopique de nouvelles molécules potentiellement présentes dans le milieu interstellaire où des espèces de plus en plus complexes sont périodiquement découvertes sans savoir actuellement à quel point cette complexité peut être grande. D’autre part il s’agit de mesurer les spectres des nombreux isotopologues des espèces déjà identifiées ainsi que le spectre de rotation de ces espèces dans des états de vibration excités. Les nouveaux développements instrumentaux sont couplés avec des avancées significatives dans la modélisation des objets galactiques et extragalactiques.

d) Compréhension des processus physico-chimiques dans les nuages interstellaires : Le but de ce travail est la clarification des mécanismes élémentaires mis en jeu dans les différentes étapes de la chimie des milieux interstellaires et les atmosphères planétaires. Nous mimons les réactions en phase gazeuse par le biais de l’isolation en matrice de néon et étudions les réactions en phase solide à la surface et dans les glaces. Nous nous intéressons plus particulièrement aux réactions radicalaires conduisant à la formation de briques prébiotiques primaires qui serviront par la suite à la formation de molécules plus complexes.