Le Tour EMIE de France 2024 est une formation très spécialisée « sur le terrain » concernant les différentes méthodes expérimentales et théoriques de physique moléculaire et de chimie-physique de laboratoire pour l'étude des systèmes d'intérêt astrophysique. L'objectif est de permettre à de jeunes chercheurs de rencontrer des scientifiques dans toute la France travaillant dans ce domaine. Au niveau national, le parc instrumental et théorique existant au sein du GDR EMIE est extrêmement riche, une action de formation à ces outils parait ainsi particulièrement pertinente. Une dizaine de doctorants seront sélectionnés sur candidature pour visiter des équipes de spécialistes. 10 jours seront consacrés aux visites et formations en laboratoire sur deux semaines (du 13 au 18 mai 2024 et du 27 au 31 mai 2024). Ce Tour EMIE de France sera composé de 7 étapes impliquant 10 laboratoires (CIMAP, GANIL, IPAG, IPR, IRAP, ISMO, LCAR, LCPQ, PhLAM, PIIM), pendant lesquelles les doctorants effectueront des Travaux Pratiques expérimentaux et théoriques qui leur permettront d’améliorer leurs compétences dans le domaine de l’astrophysique de laboratoire.

• Toulouse (IRAP / LCAR / LCPQ) - 1,5 jours : Astrophysique de laboratoire à Toulouse (expériences et théorie)
  

Trois dispositifs expérimentaux seront présentés aux étudiants: AROMA, PIRENEA 2 et SWEET. Des TP seront réalisés sur seulkement deux de ces expériences en fonction des contraintes et des aléas, L'étape sera complétée par une présentation théorique avec TP.

- AROMA (Hassan Sabbah, IRAP)

Mots clés: Astrophysique de laboratoire, LDI, L2MS, TOF-MS, PAH, Piège à ions, Guide d'ions

AROMA (Astrochemistry Research of Organics with Molecular Analyser) est un analyseur moléculaire qui a pour but de caractériser le contenu moléculaire d'analogue de poussière cosmique, des météorites et des échantillons de retour de missions spatiales.

Ce dispositif est composé de trois parties : une source d'ions couplée à un piège à ion quadripolaire linéaire (LQIT) et à un spectromètre de masse à temps de vol orthogonal (oTOF). Dans cette source, le laser IR (1064 nm) permet la désorption/ionisation et le deuxième laser UV (266 nm) permet d'améliorer la sensibilité notamment vis-à-vis des HAPs par ionisation à deux photons, on peut donc effectuer une désorption/ionisation à une ou deux étapes (LDI/L2MS).

Le LQIT nous permet de piéger des ions avec une masse spécifique et effectuer des expériences de dissociation induite par collision (CID) ou par absorption de photons afin de déterminer la structure moléculaire de l'espèce étudiée.

Site web : https://nanocosmos.iff.csic.es/technology/stardust-molecular-analyser/

- PIRENEA 2 (Alexandre Marciniak, Christine Joblin, LCAR-IRAP)

 Mots clés: Astrophysique de laboratoire, FT-ICR-MS, PAH, Guide d'ions

Le dispositif PIRENEA 2 (Piège à Ions pour la Recherche et l'Etude de Nouvelles Espèces en Astrochimie de 2^nde génération) permet d'étudier des complexes d'intérêt en astrochimie (agrégats SiC, complexes eau-PAH, etc) dans des conditions d'isolation et de température rencontrées dans le milieu interstellaire (MI).

Deux sources d'agrégats sont couplées à l'instrument: une source à ablation laser pour la production d'agrégats d'espèces réfractaires (e.g. C, Si) et une source à agrégation gazeuse pour la production d’agrégats moléculaires plus faiblement liés (e.g. PAH+H2O).

Les ions produits sont guidés par des guides RF vers la cellule ICR qui permet de les piéger sur des temps longs (jusqu'à plusieurs minutes) et de réaliser de la spectrométrie de masse à très haute résolution et non destructive par FT-ICR-MS.

L'irradiation des ions dans la cellule ICR doit permettre d'étudier leur structure (spectroscopie IR) ou de reproduire les conditions du MI (irradiation VUV).

Site web : https://nanocosmos.iff.csic.es/technology/pirenea-2-pirenea-and-espoirs-upgrades/

- SWEET (Jean-Philippe Champeaux, Patrick Moretto-Capelle, LCAR)

Mots clés: spectrométrie de perte d’énergie électronique, spectrométrie de masse par temps de vol, imagerie de vecteurs vitesses, spectrométrie ZEKE

Le dispositif SWEET permet l'étude de l'interaction entre des molécules d'intérêt astrophysique (molécules prébiotiques, PAHs) contenues dans des nébuleuses (planétaires par exemple) et le vent stellaire qui émanent du ou des étoiles centrales de la nébuleuse considérée. L'ambition est de mieux comprendre la physico-chimie des nébuleuses et d'identifier les mécanismes qui pourraient expliquer la composition et l'évolution des espèces moléculaires observées grâce aux télescopes spatiaux comme le JWST au sein des nébuleuses. Le dispositif contient une source d'ions pulsée permettant de produire des protons ayant des énergies comparables aux vents stellaires (quelques keV) ainsi qu'une source d'électron, également pulsée et d'énergie ajustable permettant à la fois de reproduire celles des vents stellaires mais également de sonder énergétiquement les systèmes moléculaires étudiés.

L'interaction ion ou électron -molécule est étudiée événement par événement pour chaque "collision" entre un projectile et une molécule. Pour chaque événement, les informations sur l'état final du système (perte d'énergie du projectile, fragmentation moléculaire, électron(s) émis...) sont analysées grâce au couplage de diverses techniques réalisées en corrélation : spectrométrie de perte d'énergie électronique, spectrométrie de masse par temps de vol, imagerie de vecteurs vitesses, spectrométrie ZEKE (émission d'électron d'énergie nulle). Outre les informations énergétiques (seuils d'ionisation, de fragmentation...), le dispositif permettra également de mesurer les sections efficaces des processus observés.

Au cours de cette étape vous réaliserez une expérience de mesure et ensuite vous découvrirez le dispositif expérimental en détail : la chambre de collision sera ouverte.

- THEORIE (Aude Simon, Mathias Rapacioli, LCPQ)

Mots clés: DFTB, dyamique moléculaire, PAH, C60, dissociation, spectres IR.

Nous proposons une partie cours pour expliquer succinctement les principes et montrer l'intérêt des approches de type Density Functional based Tight Binding (DFTB) et dynamique moléculaire (MD)/DFTB sur quelques exemples de système moléculaire astrophysiques, tels que les espèces carbonées de grande taille, les hydrocarbures aromatiques polycycliques et les agrégats carbonés. Nous donnerons des exemples de détermination de structures, de dynamiques de dissociation et de détermination de spectres infrarouges (1h30 maximum).

Cette partie cours sera suivie d'une partie TP (2h minimum) avec le code deMonNano. Les calculs devraient se faire sur le cluster de calcul du laboratoire. Nous demandons donc aux participants d'amener un ordinateur portable où ils pourraient se connecter à un environnement Linux.

• Transfert vers Orsay le mardi après-midi et hébergement à l'hôtel le soir.

• Orsay (ISMO) - 1 jour - Emmanuel Dartois, Marie Godard, Marie-Aline Martin-Drumel : Synthèse et caractérisation d'analogues interstellaires carbonés (expériences).

Mots clés: Solides interstellaires, synthèse plasma, PECVD, microspectroscopie IR, spectroscopie UV-visible.

Description de l'étape: Le milieu interstellaire (MIS) est riche en espèces carbonées complexes couvrant une large gamme de taille allant de quelques atomes à des particules (grains) d’une centaine de nanomètres de diamètre. Ces espèces jouent un rôle capital dans l’évolution physique et chimique de la Galaxie et reflètent les processus à l’œuvre dans les différentes régions du MIS. Cette étape sera l'occasion de fabriquer un analogue de laboratoire de ces poussières interstellaires : un dépot sera formé sur un substrat à partir d'un précurseur hydrocarboné au moyen d'un montage plasma. Nous pourrons ensuite caractériser cet analogue par spectroscopie vibrationnelle au moyen d'un microscope infrarouge. Il s'ensuivra une discussion sur l'effet de processus énergétiques comme l'impact des rayons cosmiques qui fera le lien avec la visite suivante au GANIL.

Site web : http://www.ismo.universite-paris-saclay.fr/spip.php?rubrique28

• transfert vers Caen le soir et hébergement à la maison d'hôtes du GANIL.

• Caen (CIMAP / GANIL) - 1 jour - Philippe Boduch, Alicja Domaracka, Patrick Rousseau :  Un accélérateur au service de l'astrophysique du laboratoire (expériences et visite du GANIL).

Mots clés:  Accélérateur, ions rapides, glaces, agrégats, réactivité, spectroscopie infrarouge, spectroscopie de masse.

Description de l'étape: Depuis 2007, le CIMAP  développe une activité de recherche sur l'irradiation d'analogues de glaces astrophysiques auprès de l'accélérateur GANIL (CAEN,FRANCE). Cet accélérateur permet de couvrir un large domaine d'énergie allant du KeV au GeV. Il est donc possible de simuler en laboratoire l'évolution sous irradiation d'analogues pour le milieu interstellaire à haute énergie (MeV-GeV) et pour les systèmes stellaires ou magnétosphères de planètes géantes à basse énergie (KeV).  L'évolution de l'analogue sous irradiation est suivie in situ par spectroscopie infrarouge et de masse à l'aide d'un dispositif nommée IGLIAS. Des études de réactivités sont menées en parallèle en phase GAZ sur des molécules organiques complexes d'intérêt. Pendant cette journée, nous allons présenter notre activité aux étudiants, ensuite nous leur proposerons une visite de site et une participation à l'utilisation du dispositif IGLIAS. Une journée de faisceau de basse énergie sera dédiée à cet évènement. Il sera donc possible d'irradier une glace d'éthanol à 10 K  avec des ions de basse énergie et de regarder l'évolution de la glace à l'aide du dispositif IGLIAS qui est doté d'une spectromètre infrarouge (FTIR) et d'un spectromètre de masse (QMS). Il sera donc possible de quantifier la destruction de la molécule mère et de déterminer les nouvelles espèces produites lors de l'irradiation.

Site web : https://cimap.ensicaen.fr/spip.php?rubrique17

• transfert vers Rennes le soir et hébergement à la cité internationale de l'université.

• Rennes (IPR) - 1 jour - Ludovic Biennier, Robert Georges, François Lique : calculs de section efficace de collision et mesures en écoulements supersoniques (expériences et théorie).

Mots clés:  collisions froides, section efficace, taux de réaction froide, CRESU.

Description de l'étape : Nous proposons de faire le calcul de la section efficace de la collision (CO + He) avec le logiciel MOLSCAT. Côté expérience, nous proposons des mesures de taux de réaction à très basse température grâce à un dispositif CRESU (Cinétique de Réaction en Ecoulement Supersonique Uniforme) et de caractériser des molécules carbonées d'intérêt astrophysique à très basse température par spectroscopie CRDS (Cavity Ring-Down Spectroscopy).

Site web : https://ipr.univ-rennes.fr/departement-physique-moleculaire/astrophysique-de-laboratoire

•  Une activité kayak de mer sera proposée le samedi pour ceux qui le souhaitent.

• Grenoble (IPAG) - 1,5 jours - Alexandre Faure, Véronique Vuitton : Mesurer la complexité moléculaire - des météorites au milieu interstellaire (expériences et théorie).

Mots clés: spectrométrie de masse, radioastronomie, spectroscopie millimétrique

Description de l'étape: 

- Spectrométrie de masse : l'objectif est de familiariser les étudiants à la complexité moléculaire d'échantillons naturels (biotique vs. abiotique) en utilisant un spectromètre de masse à ultra-haute résolution. L'étape consistera en une introduction à la spectrométrie de masse à transformée de Fourier, à l'acquisition de spectres de masse (instrument Orbitrap) et à une initiation au traitement de données avec le code (Igor) Attributor. Le logiciel Igor (version démo) sera nécessaire.
- RADEX : L'objectif est de familiariser les étudiants aux calculs de transfert radiatif des raies moléculaires en utilisant le code public (fortran) RADEX. Les effets de la densité, de la température cinétique et de l'épaisseur optique (abondance) sur les transitions rotationnelles (millimétriques) seront explorés dans des cas simples avec CO et CS comme cibles de référence. Un compilateur fortran et un outil graphique (python, gnuplot , etc.) seront nécessaires.

Sites web : https://ipag.osug.fr/french/recherche/equipes/planeto/ ; https://ipag.osug.fr/french/recherche/equipes/spectre/

• transfert le mardi après-midi vers Marseille et hébergement le soir.

• Marseille (PIIM) - 1,5 jours - Grégoire Danger, Jennifer Noble : interfaces gaz-grains caractérisée par spectrométrie de masse et spectroscopie infrarouge couplées ou non à des techniques chromatographiques (expériences).

Mots clés:

Description de l'étape: cet atelier consisterait à 1,5 jours d’expérimentations et à une demi-journée de présentations sur des thématiques allant de l’astrochimie à la cosmochimie.

http

• transfert jeudi après-midi vers Lille et hébergement le soir à l'auberge de jeunesse Stéphane Hessel.

• Lille (PhLAM) - 1 jour - Laurent Margulès, Céline Toubin : spectroscopie millimétrique pour détection dans le milieu interstellaire de molécules organiques complexes par radioastronomie et calculs d'energie d’adsorption sur des surfaces d’intérêt astrophysique. (expériences et théorie).

Mots clés: milieu interstellaire, molécules organiques complexes, radiodétection, structure électronique, Ab Initio Molecular Dynamics.

Description de l'étape:

- Spectroscopie des MOC : les étudiants effectuerons la mesure et l'analyse de spectres dans le domaine des ondes millimétriques de molécules organiques complexes (MOC) tels que methyl cyanide (toupie symétrique) et ethyl cyanide (toupie asymétrique). Les données (positions et intensités) sont alors utilisées pour leur détection et quantification lors de campagne d'observation du milieu interstellaire par les radiotélescopes haute résolution tels que ALMA, NOEMA, GBT ou Yebes30m.

- Calculs d'adsorption : les étudiants seront initiés à des calculs de structure électronique pour déterminer des énergies d’adsorption de molécules ou radicaux sur des surfaces d’intérêt astrophysique (glaces d’eau, particule carbonée, etc…).

Sites web : https://phlam.univ-lille.fr/recherche/pmi/recherches/i-phase-gazeuse/1-astrophysique-de-laboratoire ; https://phlam.univ-lille.fr/recherche/pcmt/recherches/i-dynamique-de-systemes-moleculaires-complexes 

NASA, ESA, CSA, STScI