L’hydrogène (H2, HD et D2) | LIPhy - Université Grenoble Alpes

Le spectre d’absorption de l’hydrogène est constitué de bandes de vibration de transitions quadrupolaires électriques de très faible intensité. Du fait de la valeur élevée de la fréquence de vibration (environ 4160 cm-1) et de la constante de rotation (environ 60 cm-1 dans l’état fondamental), seules quelques raies rovibrationnelles ont été observées pour chaque bande de vibration.

Au total, seules 39 transitions de H₂ ont été rapportées dans la littérature à partir de mesures en laboratoire. Ces transitions sont de fort intérêt astrophysique et l’hydrogène et ses isotopologues constituent des espèces test pour les calculs ab initio les plus avancés. En effet, la molécule d’hydrogène est probablement un cas unique de la spectroscopie rovibrationnelle, en ce sens que la qualité des calculs ab initio est si bonne que le choix entre les valeurs théoriques et les déterminations expérimentales (si disponibles) méritent d’être examiné.

Une collaboration fructueuse a été initié avec deux théoriciens polonais K. Pachucki (Varsovie) et J. Komasa (Poznan) qui ont réalisé les calculs ab initio les plus poussés concernant l’hydrogène. Leurs calculs tenant compte des effets non adiabatiques, des corrections relativistes et d’électrodynamique quantique, ont été confrontés à nos mesures CW-CRDS. Dans notre gamme accessible avec les diodes DFB, nous avons détecté les transitions de H₂, HD et D₂ qui sont les plus faibles mesurées à ce jour. Nos mesures ont confirmé la valeur des positions et intensités calculées à la précision expérimentale (respectivement 0.001 cm^-1 et 2%).

Spectre calculé de H₂ par K. Pachucki et J. Komasa.
L’ensemble des mesures disponibles dans la littérature est indiqué par des points violets tandis que nos mesures CRDS sont indiquées en rouge.

Les calculs ab initio ainsi validés, nous avons publié pour chaque espèce (H₂, HD et D₂) la liste de raies calculée correspondante telle qu’illustrée sur la figure ci-dessus pour H₂. De telles listes dans le format de la base de données HITRAN n’étaient pas disponibles jusqu’alors. Elles ont été adoptées dans la mise à jour 2012 de la base de données HITRAN.

Nos publications sur le sujet :

D. Mondelain, S. Kassi, T. Sala, D. Romanini, D. Gatti, A. Campargue, "Sub-MHz accuracy measurement of the S(2) 2–0 transition frequency of D2 by Comb-Assisted Cavity Ring Down spectroscopy", Journal of Molecular Spectroscopy, Elsevier, 2016, 326, pp.5 - 8. ⟨10.1016/j.jms.2016.02.008⟩

S. Vasilchenko, D. Mondelain, S. Kassi, P. Čermák, B. Chomet, A. Garnache, S. Denet, V. Lecocq, A. Campargue, "The HD spectrum near 2.3μm by CRDS-VECSEL: Electric quadrupole transition and collision-induced absorption", Journal of Molecular Spectroscopy, Elsevier, 2016, 326, pp.9 - 16. ⟨10.1016/j.jms.2016.04.002⟩

Piotr Wcislo, Ha Tran, Samir Kassi, Alain Campargue, Franck Thibault, Roman Ciurylo, "Velocity-changing collisions in pure H2 and H2-Ar mixture", Journal of Chemical Physics, American Institute of Physics, 2014, 141, pp.074301. ⟨10.1063/1.4892414⟩

Samir Kassi, Iouli E. Gordon, Alain Campargue, "First detection of transitions in the second quadrupole overtone band of nitrogen near 1.44 μm by CW-CRDS with 6 × 10-13 cm-1 sensitivity", Chemical Physics Letters, Elsevier, 2013, 582, pp.6-9. ⟨10.1016/J.CPLETT.2013.07.031⟩

Acteurs

Alain CAMPARGUE
Samir KASSI