Paramètres collisionnels de raies d'absorption infrarouge d'hydrocarbures : des basses jusqu'aux hautes températures.

(eng) The aim of this work was the study of collisional parameters of hydrocarbon lines such as ethane, allene and methane, from low to high temperatures. The determination and the study require the precise knowledge of the spectral parameters of absorption lines, in particular the collisional broadening coefficients, on a wide range of temperature. In this context, we studied different gas mixture presenting an interest for the study of our atmosphere as well as that of Titan. First, to measure these parameters for temperature up to room temperature, we have conceived, developed and realized the set up of an "high temperature" absorption cell allowing spectroscopic studies of line profiles and collisional parameters of gaseous molecules between 300 and 750 K. With the help of this device and of low-temperature absorption cells developed previously in the Laboratory Lasers and Spectroscopies of the University of Namur, we measured the collisional broadening coefficients of infrared absorption lines of hydrocarbons as well as their temperature dependences. Nine gas mixtures have been studied : ethane (C2H6−O2, C2H6−air), allene (C3H4−C3H4, C3H4−N2, C3H4−O2, C3H4−air) and methane (CH4−N2, CH4−O2 et CH4−air). The spectra have been recorded in the Laboratory Lasers and Spectroscopies of the University of Namur, with the help of a diode-laser spectrometer and, in the Center of Microsystems and Photonics of the University of Strathclyde of Glasgow, with the help of a difference frequency generation (DFG) spectrometer. The spectral parameters have been deduced from individual fits of theoretical lineshape models on the experimental profiles of each line at each pressure and at each temperatures. Various theoretical models were used taking into account Doppler and collisional broadenings, but also fine effects as the Dicke narrowing and the speed dependence effect. A lot of these results are totally originals. However, as soon as it was possible we compared our results with the previous works.

(fre) L’objectif de cette thèse était d'étudier les paramètres collisionnels de raies d’absorption infrarouge de différents hydrocarbures, tels que l'éthane, l'allène et le méthane, depuis les basses jusqu'aux hautes températures. La détermination des profils verticaux de concentrations d’espèces en trace dans l'atmosphère et l'étude des gaz résiduels de combustion nécessitent la connaissance précise des paramètres spectraux de raies d'absorption, en particulier les coefficients d'élargissement collisionnel, sur une large gamme de température. Dans ce contexte, nous avons étudié différents mélanges gazeux présentant un grand intérêt pour l'étude de notre atmosphère ainsi que celle de Titan. Afin de mesurer ces paramètres à des températures supérieures à la température ambiante, nous avons, dans un premier temps, conçu, développé et mis au point une cellule d'absorption "haute température" permettant l'étude spectroscopique de profils de raies et de paramètres collisionnels de molécules en phase gazeuse entre 300 et 750 K. A l'aide de ce nouveau dispositif et de cellules d'absorption basse température développées précédemment au Laboratoire Lasers et Spectroscopies de l'Université de Namur, nous avons mesuré les coefficients d'élargissement collisionnel de raies d'absorption infrarouge d'hydrocarbures ainsi que leurs dépendances vis-à-vis de la température. Neuf mélanges gazeux ont été étudiés : éthane (C2H6−O2, C2H6−air), allène (C3H4−C3H4, C3H4−N2, C3H4−O2, C3H4−air) et méthane (CH4−N2, CH4−O2 et CH4−air). Les spectres ont été enregistrés au Laboratoire Lasers et Spectroscopies, à l'aide d'un spectromètre diode-laser accordable en fréquence et, au Centre of Microsystems and Photonics de l’Université de Strathclyde de Glasgow, à l'aide d'un spectromètre à génération par différence de fréquence. Les paramètres spectraux ont été déterminés en ajustant de manière individuelle un profil théorique sur le profil expérimental et ce, pour chaque raie à chaque pression et à chaque température. Différents modèles théoriques ont été utilisés prenant en compte les élargissements Doppler et collisionnel, mais aussi des effets fins comme le rétrécissement Dicke et la dépendance en vitesse des molécules en interaction. La plupart de ces résultats sont totalement originaux. Cependant, dès que cela a été possible nous avons comparé nos travaux avec ceux de la littérature.