MAKHLOUF Sandy : Modélisation et simulation de la structure électronique de petites molécules environnementales. Un exemple : les halogénures et monoxydes de Lanthanide (Ce & Lu)

Résumé de thèse : Les récentes avancées dans le domaine de la détection ont permis de mettre en évidence la présence de composés atomiques et/ou moléculaires dans le milieu interstellaire jusqu’alors méconnus comme le Lutétium et certains de ses composés moléculaires (LuO, LuBr, LuF…). Bien que ces molécules soient régulièrement l’objet d’études expérimentales en catalyse comme LuBr et LuF, il existe très peu de données théoriques ou expérimentales sur leur spectroscopie. Les expériences réalisées principalement dans les années 70 ont permis la caractérisation de l’état fondamental et du premier état excité, révélant des spectres très perturbés difficiles à interpréter. Théoriquement, seuls l’état fondamental et les deux premiers états moléculaires ont été à ce jour décrits par des calculs de DFT et il n’existe aucun résultat sur les états très excités.

L’étude de la structure électronique de ces molécules est difficile compte-tenu de la présence d’une couche d ouverte et constitue un défi qui nécessite l’application de méthodes de calculs spécifiques (DFT, CAS-SCF, champ de ligand…). Récemment, nous avons entrepris de décrire la structure électronique des halogénures de Lutétium dans un grand domaine d’énergie (0-42000cm-1) par une approche de type CAS-SCF/MRCI incluant la correction de Davidson et la prise en compte du couplage spin-orbite. Les calculs effectués sur les halogénures de Lutétium (LuI, LuBr, LuF et LuCl) comparés aux données expérimentales, se sont révélés très précis et ont permis de mettre en évidence des tendances caractéristiques de ces molécules comme la nature de l’état fondamental, l’ordre des états moléculaires, l’allure des courbes d’énergie potentielle, la position d’équilibre, les moments dipolaires permanents et de transition les plus importants en fonction de l’électroaffinité de l’halogénure.

Le travail proposé consiste désormais à étendre cette étude à l’oxyde de Lutétium pour lequel il existe des résultats expérimentaux récents puis à des molécules qui sont assimilées à des polluants environnementaux comme l’oxyde de Cérium et ses halogénures. L’objectif est d’identifier des tendances au sein de ces composés afin d’aider à la compréhension des mécanismes de formation et d’évolution de ces molécules. Dû à la présence d’électrons 4f sur la couche de valence, l’état fondamental de ces molécules est un état 2Φ ce qui amène à considérer dès le départ l’interaction spin-orbite pour le caractériser très précisément. Les calculs seront effectués avec le logiciel MOLPRO. L’étudiant(e) aura ainsi en charge la détermination des paramètres nécessaires aux calculs (base, choix et nature des potentiels pour chaque atome, construction de l’espace d’interaction de configurations). Il (elle) mènera tous les calculs nécessaires à la caractérisation des états moléculaires obtenus. Une simulation des spectres moléculaires correspondants viendra compléter cette étude.

MAKHLOUF Sandy - sandy.makhlouf.etu[chez]univ-lille[point].fr

Directeur de thèse en France : MAGNIER Sylvie - TAHER Fadia - ADEM Ziad