Doctorat H/F en interféromètrie infrarouge pour la spectroscopie moléculaire - Nort-sur-Erdre, France - CNRS

Description

Informations générales

Intitulé de l'offre : Doctorat H/F en interféromètrie infrarouge pour la spectroscopie moléculaire.
Référence : UMR6251-LUCRUT-001
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : RENNES
Date de publication : mercredi 15 mai 2024
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2024
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : La rémunération est d'un minimum de 2135,00 € mensuel
Section(s) CN : Physique des atomes, molécules et plasmas. Optique et lasers

Description du sujet de thèse

Interféromètrie infrarouge pour la spectroscopie de précision de processus moléculaires complexes.

Contexte de travail

Le département de physique moléculaire, au sein de l'Institut de Physique de Rennes, est constitué de 24 membres permanents et de 20 doctorants et chercheurs post-doctoraux répartis entre théorie et expérience appliquées à l'astrophysique de laboratoire, ainsi que la physico-chimie atmosphérique. En instrumentation optique, nous développons entre autre des techniques de détection haute résolution et haute sensibilité afin d'étudier des processus moléculaires d'intérêt astrophysique dans des conditions extrêmes de température et de pression. Celles-ci reposent notamment sur l'utilisation de cavités optiques afin d'amplifier artificiellement la longueur d'interaction laser-échantillon, et sur l'utilisation de lasers infrarouges haute résolution comme les diodes laser continues et les peignes de fréquence. La plupart de nos travaux utilisent des écoulements hypersoniques afin de refroidir les molécules étudiées jusqu'à des températures rotationnelles bien inférieures à 50 K.

Contraintes et risques

L'expérience implique l'utilisation de lasers à impulsions brèves, ainsi que la manipulation d'échantillons gazeux.

Informations complémentaires

Les données de laboratoire sont nécessaires pour interpréter les observations des télescopes terrestres et spatiaux, et pour valider les modèles de réseaux chimiques du milieu interstellaire et des atmosphères planétaires. En particulier, des données spectroscopiques sur les nombreuses espèces moléculaires impliquées dans les différents environnements extraterrestres (du milieu interstellaire aux atmosphères exoplanétaires) sont nécessaires pour interpréter les observations. Après une grande majorité de nouvelles détections réalisées grâce à la spectroscopie rotationnelle dans le domaine des ondes millimétriques, l'accent a récemment été mis sur les observations infrarouges avec le lancement du télescope spatial James Webb, qui observe la gamme spectrale 1-20 μm.
A Rennes, nous développons depuis 2020 des spectromètres à transformée de Fourier infrarouges par peignes de fréquences (la signature spectrale des lasers femtosecondes stabilisés). Ces instruments permettent la mesure de spectres haute résolution [1], et couvrent une partie significative de la gamme d'observation du JWST (1-10 μm), ce qui les rend particulièrement pertinents pour des études de spectroscopie fondamentale (mesurer des spectres de référence d'espèces complexes) ainsi que pour le diagnostic résolu en temps de processus dynamiques comme des réactions chimiques. Pendant la thèse de Romain Dubroeucq , le système a été développé dans le proche infrarouge, autour de 1550 nm, afin d'être résolu en temps [2], et d'être compatible avec la détection en écoulement supersonique uniforme [3].
Le projet de thèse consiste à adapter les techniques fonctionnant dans le proche infrarouge à la nouvelle source peignes de fréquence nouvellement acquise émettant dans le moyen infrarouge (3-10 μm). Le laser sera couplé à une cavité Fabry-Perot réfléchissant entre 3 et 3.5 μm et la transmission de la cavité sera analysée avec le spectromètre à transformée de Fourier résolu en temps développé à Rennes. Le système optique sera ensuite combiné (et stabilisé) de façon à sonder un jet supersonique déjà équipé d'un système de photolyse par laser afin de créer des espèces radicales dans l'écoulement. Si possible, un premier test de détection sera réalisé sur le radical CH3, qui est particulièrement important en science de la combustion mais aussi pour la chimie des atmosphères planétaires (terrestre ou exoplanétaire).

Le/la candidat(e) doit avoir un diplôme de master en physique ou équivalent. Le sujet proposé requière une forte implication au niveau expérimental (techniques du vide, optique infrarouge, lasers, électronique) mais aussi une volonté de compréhension théorique à travers la simulation des spectres mesurés. Des connaissances en programmation Matlab, Python et/ou Labview, en optique et en spectroscopie d'absorption laser seront hautement appréciées.

Bibliographie :
[1] L. Rutkowski, P. Maslowski, . Johansson, A. Khodabakhsh, A. Foltynowicz, Optical frequency comb Fourier transform spectroscopy with sub-nominal resolution and precision beyond the Voigt profile. J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 204, ;
[2] R. Dubroeucq, L. Rutkowski, Optical frequency comb Fourier transform cavity ring-down spectroscopy. Optics Express, 30(8), ;
[3] R. Dubroeucq, Q. Le Mignon, N. Suas-David, S. Kassi, R. Georges and L. Rutkowski, Cavity-Enhanced Frequency Comb Spectroscopy in a Supersonic Jet, CLEO/Europe-EQEC