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En direct des laboratoires de l'institut de Chimie

 

Comment se comporte l’azote atmosphérique exposé aux UV du soleil ?

La description fine de l'interaction entre l'azote moléculaire N2 et le rayonnement UV du soleil est essentielle pour comprendre les processus physicochimiques présents dans la haute atmosphère terrestre. Plus particulièrement, la photo-ionisation dissociative impliquant les états électroniques excités de N2+ qui conduisent à la formation de N et N+ reste encore mal connue car ces états sont difficiles à analyser. Une équipe du Laboratoire modélisation et simulation multi-échelle (CNRS / Université Paris-Est Marne-La-Vallée)(*) a participé à la mise au point d'une nouvelle méthode spectroscopique permettant de caractériser ces états excités difficilement accessibles par les techniques d’investigation standard. Ces travaux sont publiés dans Physical Review X.

 

L'azote moléculaire N2 fait partie des espèces les plus abondantes dans l'atmosphère de la Terre et c’est l'un des constituants majeurs de la haute atmosphère de Jupiter, Saturne, et de sa lune Titan. Dans ces atmosphères, la partie du rayonnement solaire UV est fortement atténuée par la présence de N2 qui l’absorbe ce qui conduit, après son ionisation en N2+, à sa dissociation en N et N+. Ces processus pourraient être mieux compris en identifiant les états électroniques hautement excités de N2 et surtout de N2+.

Les chercheurs viennent de caractériser la dynamique de cette molécule ionisée puis dissociée en couplant calculs ab initio de ses états électroniques et résultats expérimentaux de spectroscopie pompe-sonde XUV-NIR/Vis atto-seconde, combinés à une technique d’imagerie des photo-ions formés. Les expériences montrent que les signaux émis par les photo-ions N+ formés au cours de la dissociation présentent des signatures directes de l’ion N2+ dont on connaît maintenant les états électroniques qui mènent à la formation des fragments N et N+.

 

hochlaf

Interaction de N2 avec des photons VUV+NIR/Vis de très courte durée qui provoquent la photo-ionisation de cette molécule et la dissociation de l’ion N2+ intermédiaire. Les signaux dans le spectre des ions N+ formés permettent de déterminer l’allure de la courbe de potentiel de l’état dissociatif de N2+ (E(R)) impliqué dans la fragmentation. © M. Hochlaf

 

Par ailleurs, l’analyse des résultats expérimentaux montre que plus de 20% des photo-ions N+ sont produits non pas dans leur état fondamental mais dans un état excité qui a pu, pour la première fois,  être identifié. A l’avenir, une modélisation plus réaliste de la chimie de l'azote dans les atmosphères planétaires devra donc également intégrer la présence non négligeable de ces ions N+ dans leur état excité, qui sont susceptibles d'avoir une réactivité différente de celle de leurs homologues dans leur état fondamental. Cette prise en compte plus rigoureuse des mécanismes de formation des espèces azotées permettra ainsi de mieux comprendre la chimie des atmosphères terrestre et planétaires.


(*) Avec des équipes du Politecnico di Milano, de l’Institute for photonics and nanotechnologies (Italie), de Universidad autonoma de Madrid (Espagne), du Shanghai institute of optics and fine mechanics (Chine) et du Max-Born-Institut (Allemagne).

 

Référence

A. Trabattoni, M. Klinker, J. Gonzalez-Vazquez, C. Liu, G. Sansone, R. Linguerri, M. Hochlaf, J. Klei, M. J. J. Vrakking, F. Martin, M. Nisoli & F. Calegari

Mapping the dissociative ionization dynamics of molecular nitrogen with attosecond time resolution

Phys. Rev. X 30 décembre 2015
DOI:http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevX.5.041053

 

Contact chercheur

Majdi Hochlaf, Laboratoire modélisation et simulation multi-échelle – Marne la vallée

Courriel : hochlaf@univ-mlv.fr

T 01 60 95 73 19

 

 

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken

 

25 avril 2016

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