Thèse Optimisation de l'Instrumentation Quasars et Applications à la Spectroscopie Haute Résolution de Molécules d'Intérêt Atmosphérique et Astrophysique H/F - Université Paris Cité

Établissement : Université Paris Cité
École doctorale : Sciences de l'Environnement d'Ile-de-France
Laboratoire de recherche : LISA - Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques
Direction de la thèse : Fridolin KWABIA TCHANA ORCID 0000000283220978
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-05T23:59:59

Description du projet : Le contexte général de la thèse est lié à l'interprétation des données spectroscopiques obtenues par télédétection en provenance de diverses atmosphères, dont celles de la Terre et de Titan, ou de certains environnements du milieu interstellaire. Dans le cadre de l'ANR QUASARS (2020-2024), nous avons mis au point une instrumentation innovante pour une spectroscopie quantitative et simultanée IR et THz dédiée à la mesure des intensités absolues de raies de molécules réactives en vue d'une quantification atmosphérique précise. Le sujet de thèse proposé vise à optimiser l'instrumentation QUASARS pour permettre de sonder un grand nombre de molécules d'intérêt atmosphérique ou astrophysique avec des moments de transition dipolaires variables. Pour atteindre cet objectif, plusieurs leviers seront mis en place : amélioration et caractérisation de l'instrumentation mécanique et optique pour une augmentation de la longueur d'interaction sur les voies IR et THz, installation et validation optimisation d'un circuit de refroidissement pour travailler dans les conditions de température des environnements précités.
Ce dispositif expérimental unique sera mis à profit pour l'étude de deux nitriles, l'acrylonitrile (C2H3CN) et propionitrile (C2H5CN) qui jouent un rôle important dans la chimie atmosphérique de Titan. Bien qu'ils aient été détectés à des longueurs d'onde inférieures au millimètre par ALMA, leurs profils verticaux dans l'atmosphère restent très incertains. En effet, l'absence de connaissances sur leurs spectres infrarouges, en particulier à des températures froides pertinentes pour la stratosphère de Titan, constitue actuellement un obstacle important à la recherche des nitriles dans les observations de l'instrument Cassini/CIRS. L'objectif est de caractériser les abondances chimiques et les gradients de profil verticaux dans l'atmosphère de Titan pour ces nitriles (C2H3CN et C2H5CN), ce qui fournira des informations pratiques non seulement pour résoudre le mystère des deux nitriles manquants dans les observations de Cassini/CIRS, mais aussi pour déterminer si les nitriles importants pour l'astrobiologie sont générés par voie photochimique dans l'atmosphère de Titan. La thèse s'effectuera en étroite collaboration avec le Dr. Keeyoon Sung du JPL (USA).

Le contexte général des activités de recherche est lié à l'interprétation des données spectroscopiques obtenues par télédétection en provenance de diverses atmosphères, dont celles de la Terre et de Titan, ou de certains environnements du milieu interstellaire. Elles s'inscrivent en amont des différentes étapes qui visent in fine à la détection et quantification d'espèces moléculaires dans les environnements précités. Cet objectif final repose sur des méthodes d'inversion qu'il est nécessaire d'alimenter par des paramètres spectroscopiques fiables et pertinents pour les gammes de pressions et de températures qui correspondent aux atmosphères étudiées.

L'objectif est de produire des données spectroscopiques de laboratoire de haute qualité : positions, intensités absolues ou sections efficaces d'absorption et paramètres de profil de raies caractérisant les effets de pression en fonction de la température. Les données spectroscopiques expérimentales sont obtenues au moyen de dispositifs expérimentaux de pointe et sont ensuite analysées et incorporées dans des modèles théoriques capables de générer des spectres synthétiques de référence nécessaires pour inverser les spectres atmosphériques et déduire les profils de concentration en fonction de l'altitude.

Spectroscopie par transformée de Fourier, Technique innovante pour une spectroscopie quantitative et simultanée IR et THz, méthode d'ajustement de moindres carrés non linéaires.

Formation scientifique Bac +5 (universitaire ou école d'ingénieur) en physique ou chimie-physique. Un savoir-faire en optique et instrumentation ou conception mécanique avec des applications en photonique est la bienvenue, ainsi qu'une expérience en spectroscopie IR ou THz.