1) Astrophysique de Laboratoire
L'équipe s'intéresse aux espèces en phase gazeuse d'intérêt astrophysique, et plus spécifiquement des molécules organiques complexes et des radicaux, en soutien aux observations d'ALMA ou du JWST pour aider à identifier des transitions inconnues et comprendre les chemins de formation en phase gazeuse des molécules organiques complexes à partir de petites molécules réactives (ions ou neutres) ou de radicaux. Il est à noter que les spectroscopies de l'atmosphère terrestre et du milieu interstellaire, qu'elles soient réalisées par spectroscopie mmw/THz à haute résolution ou par radioastronomie, peuvent présenter des similitudes, comme l'illustre les exemples présentés dans cette section.
a. Molécules organiques complexes (COM) et aromatiques (HAP), radicaux, ions
L'un des objectifs de la science planétaire et de l'astrophysique est de fournir des réponses concernant l'émergence de la vie sur Terre. La spectroscopie moléculaire ro-vibrationnelle s'avère parfaitement adaptée à ces deux domaines, car elle permet de sonder la composition et les conditions physiques de la matière diffuse où se forment les molécules, des comètes et des atmosphères planétaires aux régions de formation d'étoiles et aux nuages, ainsi qu'aux nébuleuses interstellaires et planétaires des galaxies proches et lointaines. L'analyse complète des observations astronomiques nécessite une connaissance détaillée des propriétés spectrales moléculaires, qui ne peut être obtenue que par des études avancées en laboratoire.
Notre équipe travaille en étroite collaboration avec la communauté astrophysique sur les molécules clés pour l'émergence de la vie, les molécules organiques complexes (COMs). Leurs espèces normales et, dans le cas des plus abondantes (propionitrile, formiate de méthyle, diméthyle éther et méthanol), leurs variantes isotopiques doivent être étudiées spectroscopiquement. Ce travail est d'une importance primordiale car il nous fournit des informations essentielles pour affiner les modèles d'astrochimie. Bien que la plupart des modèles soient cohérents avec une formation des COMs principalement à la surface des grains dans les cœurs préstellaires et protostellaires, de nombreuses voies réactionnelles restent encore inconnues. La principale motivation derrière ces études est d'obtenir de nouvelles données pour comprendre le processus de formation des COMs ; il vise également à clarifier les observations astrophysiques avant de détecter de nouvelles espèces moléculaires. Récemment, la nécessité d'améliorer les modèles d'astrochimie a été encore renforcée par la détection de diverses molécules dans des nuages denses (sombres et froids) pour lesquels la chimie standard en phase gazeuse et la chimie de surface des grains ne parviennent pas à expliquer les abondances observées. La base de données spectroscopiques de Lille récemment mise en ligne (lsd.univ-lille.fr) est déjà utilisée par des groupes d'astrophysique (Grenoble, Bonn, Madrid, MIT).
On peut citer la détection du propionamide, molécule de type peptidique, dans le nuage Sgr B2(N) et la spectroscopie des radicaux (espèces instables comme CH2OH, CH3CO+) liée à la chimie du milieu interstellaire réalisée dans le cadre de collaborations internationales (États-Unis, Espagne, Japon).
c. Spectroscopie haute-résolution du méthane et de l'ammoniac
L'équipe s'intéresse au méthane et à l'ammoniac, pour les bases de données spectroscopiques dans lesquelles le manque de données est compensé par l'expertise de l'équipe en spectroscopie d'absorption laser à haute résolution ou en spectroscopie par transformée de Fourier (via des collaborations avec Grenoble, Bruxelles, Bratislava (Peter Cermak) et Prague (Ondrej Votava)).
Aidée par des calculs ab initio existants (groupes UCL, JPL), l'équipe a développé des compétences spécifiques pour attribuer de manière non ambiguë des spectres à haute résolution, indispensable pour prédire le spectre d'une molécule dans diverses conditions de température et de pression. Ces collaborations ont permis de combler le manque de données dans les plages d'énergie proche infrarouge (3900 à 7000 cm⁻¹).