De nombreux processus physico-chimiques font intervenir le déplacement d’atomes au sein d’une molécule ou d’un complexe moléculaire. La compréhension de ces processus passe par l’identication des forces à l’origine des mouvements atomiques. Malheureusement, une force n’est pas une observable au sens de la mécanique quantique ce qui complique sa détermination. Une façon élégante d’y arriver consiste à isoler des molécules (ou complexes) en phase gazeuse puis à observer leurs déformations par différentes techniques : la spectroscopie laser par exemple complétée par des approches de chimie théorique pour préciser les surfaces
d’énergie potentielle sur lesquelles le système évolue et de là, remonter aux forces mises en jeu.
C’est dans ce cadre que je me suis intéressé aux mécanismes
à l’origine des déformations de grande amplitude de complexes moléculaires très peu rigides. Ceux-ci sont fragiles et doivent leur existence à des liaisons non covalentes, dites liaisons faibles, du type van der Waals ou hydrogène. Une des originalités de ce travail réside dans l’utilisation d’agrégats d’hélium superuides et très froids (~ 0,4 K) afin de créer des complexes » à façon » dont la stoechiométrie est contrôlée. La spectroscopie infrarouge et des calculs
de chimie quantique ont permis d’obtenir les informations structurales de ces complexes et de remonter à leurs mouvements de grande amplitude. Ces études délicates ont nécessité la conception et la réalisation d’un dispositif expérimental spécifique.
La dynamique réactionnelle a également été abordée via l’étude d’une réaction exothermique chimiluminescente bloquée par une barrière empêchant l’accès à l’état de transition. Une fois la barrière franchie, le spectre obtenu donne des renseignements sur certaines voies éactionnelles. Le milieu de la réaction est un agrégat d’hélium qui ne perturbent pas la dynamique et permet un contrôle de la stoechiométrie des réactifs. Ainsi, des informations sur le mécanisme réactionnel du complexe (Cax, (N2O)y) ont été obtenues.
Profitant d’une réorganisation scientifique du LIDyl où les travaux ci-dessus ont été conduits, le projet rapporté dans ce mémoire témoigne d’une réorientation vers les nanotechnologies.
Il porte sur le développement d’outils spectroscopiques permettant l’analyse élémentaire in situ et en temps réel de nanoparticules.
Mots clés : Physico-chimie phase gazeuse, complexes flexibles (van der Waals, liaison hydrogène), dynamique réactionnelle, agrégat d’hélium, nanoparticules, caractérisation optique de nanoparticules