Interactions PAH/glace

Table des matières

Remerciements
1 Introduction générale 
1.1 Le milieu interstellaire et sa composition 
1.1.1 Le gaz
1.1.2 La poussière
1.1.2.1 La courbe d’extinction
1.1.2.2 L’émission de la poussière
1.1.3 L’hypothèse des PAH
1.1.3.1 Photophysique des PAH
1.1.3.2 Bandes infrarouges
1.1.3.3 Physico-chimie des PAH
1.2 Les glaces interstellaires
1.3 Interactions PAH/glace 
2 Approches théoriques 
2.1 Équations dynamiques
2.1.1 Équations dynamiques classiques
2.1.2 Équations dynamiques quantiques
2.1.3 Séparation des variables spatiales et temporelles
2.1.4 Séparation des variables nucléaires et électroniques
2.2 Calculs des énergies et des forces 
2.2.1 Approche champ de force
2.2.1.1 Énergies liées
2.2.1.1.1 Énergie d’élongation
2.2.1.1.2 Énergie de flexion
2.2.1.1.3 Énergie de torsion
2.2.1.2 Énergies non liées
2.2.1.2.1 Solvatation implicite (modèles continuum)
2.2.1.2.2 Différentes interactions attractives
2.2.1.2.3 Développement multipolaire
2.2.1.2.4 Détermination de charges ponctuelles, méthodes
2.2.1.2.5 Potentiel électrostatique de molécule, méthode ESP
2.2.2 Méthodes de structure électronique
2.2.2.1 Équation de Schrödinger stationnaire pour des atomes
2.2.2.1.1 Hamiltonien du système
2.2.2.1.2 Approximation de Born-Oppenheimer
2.2.2.2 Déterminant de Slater
2.2.2.3 La méthode de Hartree-Fock
2.2.2.3.1 Principe variationnel
2.2.2.4 Théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT)
2.2.2.4.1 Approche historique
2.2.2.4.2 Théorème de Hohenberg-Kohn
2.2.2.4.3 La méthode de Kohn-Sham
2.2.2.5 Density Functional based Tight Binding
2.2.2.5.1 Fondamentaux de la DFTB et linéarisation de l’énergie
2.2.2.5.2 Décomposition énergétique
2.2.2.5.3 Énergie totale SCC-DFTB
2.2.2.5.4 SCC-DFTB avec charge localisée sur fragment (C-DFTB)
2.2.2.5.5 SCC-DFTB avec interaction de configuration (DFTBVBCI)
2.3 Simulation 
2.3.0.1 Introduction
2.3.0.2 Ensemble statistique
2.3.0.3 Ergodicité
2.3.0.4 Exploration de la surface d’énergie potentielle
2.3.1 Dynamique moléculaire
2.3.1.1 Mise en œuvre
2.3.1.1.1 Algorithme de Verlet
2.3.1.1.2 Thermostats
2.3.1.1.3 Algorithme avec échange de température
2.3.1.1.4 Barostat
2.3.1.1.5 Conditions périodiques
2.3.1.1.6 Corrections énergétiques et de pression
2.3.1.2 Observables
2.3.1.2.1 Fonction de distribution radiale
2.3.1.2.2 Méthodes de calcul d’énergie libre
2.3.1.2.3 Spectre vibrationnel d’absorption
2.3.2 Optimisation
2.3.2.1 Optimisation locale
2.3.2.2 Optimisation globale
3 Résultats 
3.1 Modélisation des glaces
3.1.1 Génération des glaces
3.1.2 Validation et comparaison des champs de force
3.1.2.1 TIP4P/2005
3.1.2.2 SWM4-NDP
3.1.2.3 TCPEP/2013
3.1.3 Comparaison de propriétés caractéristiques
3.2 Paramétrisation des champs de force pour les PAH 
3.3 Adsorption de PAH sur des glaces amorphes et cristallines
3.3.1 Résultats structuraux
3.3.1.1 Distributions angulaires
3.3.1.2 Fonctions de distribution radiale
3.3.2 Énergies d’adsorption
3.3.3 Corrélation site d’adsorption et dangling OH
3.3.4 Conclusion
3.4 Description des systèmes PAH/glace en DFTB 
3.4.1 Paramétrisation des charges de WMull
3.4.2 Construction des systèmes finis à partir des structures MD/FF
3.5 Spectres IR des PAH en interaction avec de la glace d’eau
3.5.1 Résultats expérimentaux
3.5.2 Spectres IR des PAH en interaction avec la glace : résultats  théoriques
3.5.2.1 Spectres harmoniques
3.5.2.2 Comparaison des spectres harmoniques et «dynamiques»
3.6 Influence de l’environnement sur le potentiel d’ionisation des PAH 
3.6.1 Premiers calculs et limitations
3.6.2 Pyrène en interaction avec des agrégats d’eau
3.6.3 Structures et énergies d’interaction de PAH en interaction avec des glaces d’eau
3.6.4 Influence de la glace sur le PI du PAH
3.6.5 Corrélation entre PIV et interaction PAH/glace
3.7 États excités à transfert de charge (CT) 
3.7.1 Contexte
3.7.2 Résultats préliminaires
4 Conclusions et perspectives
4.1 Résumé des travaux
4.2 Perspectives
A Interaction PAH-PAH supplément
B Distribution des angles O-O-O
C RDFs pour les glaces hexagonales avec les potentiels TIP4P/2005, TCPEP/2013, SWM4-NDP
D Agrégats d’eau utilisés
E Analyses supplémentaires des SEPI
F Dangling OH suppléments
Résumé
Abstract