Le hacheur aérodynamique : un nouvel instrument dédié aux processus réactionnels à ultra-basse température

L’etude des processus reactionnels dans les milieux dit «extremes » s’avere d’un interet majeur par ses multiples enjeux et domaines d’applications (physico-chimie theorique, astrophysique…). La technique CRESU (Cinetique de Reaction en Ecoulement Supersonique Uniforme) developpee et exploitee par l’Equipe Astrochimie Experimentale pour l’etude de collisions moleculaires a basse temperature (jusqu’a ~15 K) se revele etre le dispositif le plus adapte a ce type d’environnement. Cette methode consiste a generer un ecoulement supersonique uniforme via la detente isentropique d’un gaz au travers d’une tuyere de Laval. Cependant, elle est limitee par deux contraintes majeures : les enormes quantites de gaz consommees et les grandes capacites de pompage necessaires a l’obtention de tres basses temperatures. La premiere partie de cette these presente un exemple des possibilites de la technique CRESU via une etude de cinetique chimique entre le radical CN et une serie d’hydrocarbures (le 1,3-butadiene, le butyne, le propane et le propene) dans la gamme de temperature 23-300 K. L’ensemble des reactions etudiees montre une reactivite importante avec une constante de vitesses depassant les 10-10 cm3 molecule-1 s-1, meme a basse temperature. L’implication des resultats pour la reactivite a basse temperature ainsi que pour la modelisation de l’atmosphere de Titan y est discutee. Enfin, la seconde partie de ce manuscrit expose la conception, le developpement et les performances d’un nouveau moyen d’essai fonde sur l’evolution de la technique CRESU vers un mode pulse. Ce nouvel instrument nomme Hacheur Aerodynamique permet de s’affranchir des inconvenients du dispositif CRESU en reduisant fortement les capacites de pompage necessaires a son fonctionnement. Les resultats obtenus par le prototype demontrent le fort potentiel de ce nouvel instrument au travers de la caracterisation des ecoulements pulses ainsi crees et de deux etudes de cinetique chimique a 22 K (CN+O2 et CN+C3H8). Le Hacheur Aerodynamique permet d’etendre la gamme des composes etudies aux especes chimiques onereuses ou exigeant une synthese. Il offre egalement la possibilite d’accroitre le rayonnement des techniques en jet supersonique uniforme en autorisant leur developpement dans des laboratoires aux capacites de pompage limitees. D’apres les resultats presentes, il semble raisonnable de predire que le Hacheur Aerodynamique permettra dans un futur proche de descendre a des temperatures inferieures a 10 K, voire de s’approcher du sub-Kelvin.

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