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Formation et croissance par voie plasma d'analogues en laboratoire de poussières d'étoiles : exploration du rôle du rapport C/O et des métaux

Evénement le 23 sept 2019 à 10h00
Salle de conférence Salle de conférence
Rémi Bérard

Doctorant à l'IRAP

Résumé de la thèse :

La formation des poussières est un sujet fondamental à la fois pour la physique des plasmas froids et pour l'astrophysique. Ce travail de thèse, réalisé à l'interface entre ces deux disciplines, vise à mieux comprendre la formation des poussières d'étoiles. Le sujet est traité de manière expérimentale dans un plasma et discuté dans un cadre élargi aux environnements des étoiles.

Nous observons la formation de générations successives de poussières suite à l'injection pulsée d'hexaméthyldisiloxane (HMDSO : Si2O(CH3)3) dans un plasma radiofréquence asymétrique à couplage capacitif et entretenu dans l'argon. Le précurseur moléculaire utilisé contient des éléments d'intérêt pour l'étude des poussières d'étoiles, tels que carbone, oxygène, silicium et hydrogène. Notre démarche permet de suivre la formation des poussières dans le milieu plasma, de les collecter, de les caractériser et de corréler les propriétés du plasma et les caractéristiques des poussières. Nous avons ainsi pu déterminer des conditions optimisées pour la formation de poussières organosiliciées de taille typique de 50 nm.

L'un des principaux facteurs affectant la formation des poussières dans les enveloppes d'étoiles serait la variation du rapport C/O qui définirait deux familles de poussières, silicatées (C/O < 1) et carbonées (C/O >1). Nous avons donc enrichi le mélange Ar/HMDSO en oxygène afin de faire varier le rapport C/O dans le plasma. Au-delà d'une certaine quantité d'oxygène, les poussières ne se forment plus. L'abondance d'oxygène affecte la formation des germes de nucléation dans la phase gaz en les inhibant. A la place, le dépôt d'une matrice siliciée est favorisé.

Le rôle des métaux est étudié à l'aide de la pulvérisation d'une cible d'argent durant la formation des poussières organosiliciées. Nous avons démontré la synthèse de poussières de structure composite. Elles sont constituées de nanoparticules d'argent cristallines qui s'associent aux poussières organosiliciées amorphes durant leur phase de croissance. De plus, la présence d'argent s'accompagne d'un large éventail de molécules comprenant des espèces contenant de l'Ag et/ou du Si et des espèces hydrocarbonées. Ces molécules révèlent une chimie complexe autour de trois processus entrant en compétition à échelle moléculaire : la formation des poussières impliquant des molécules telles que le SiCH3 ou SiOCH3, des grains métalliques avec des agrégats Agn et des molécules aromatiques de grandes tailles comme C16H10, C24H12 dont les chemins de formation impliquent une chimie radicalaire et possiblement organométallique comme suggéré par la détection d'espèces telles que AgC5H6 et AgC13H8. Ces résultats démontrent l'importance d'approcher la formation des poussières d'étoiles en tenant compte de toute la complexité chimique de ces milieux.

Composition du jury de thèse :

  • Mme Eva KOVACEVIC – GREMI, Université d'Orléans - Rapportrice
  • M. Farid SALAMA - NASA Ames Research Center - Rapporteur
  • M. Ludovic BIENNIER – IPR, Université de Rennes 1 - Examinateur
  • Mme Caroline BONAFOS – CEMES-CNRS, Université de Toulouse Paul Sabatier - Examinatrice
  • M. José CERNICHARO - IFF, CSIC - Examinateur
  • M. Dominique LE QUEAU - ONERA - Invité
  • Mme Christine JOBLIN – IRAP, Université de Toulouse Paul Sabatier,CNRS -Directrice de thèse
  • Mme Kremena MAKASHEVA - LAPLACE, CNRS, Université de Toulouse Paul Sabatier, INPT - Directrice de thèse
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