N° 382-383 février-mars 2014

La modélisation des vibrations des molécules : enjeux et applications

Pagination : 49-55
Sous-thème : Développements méthodologiques
Mots-clés : Spectroscopie IR, vibration moléculaire, théorie quantique, modélisation et simulation, astrophysique, chimie théorique.
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© NASA/JPL/Space Science Institute).
La complexité du spectre du méthane.

Les traits horizontaux au centre représentent les niveaux d’énergie de vibration. La courbe noire donne le nombre de niveaux vibrationnels en fonction du nombre d’onde. Sur la gauche, différentes régions spectrales sont illustrées par des images et des spectres. Les noms à droite correspondent aux différentes bandes d’absorption ou « polyades » (Images JPL PIA05381 et PIA06220.

La connaissance des vibrations d’une molécule permet de l’identifier de façon univoque et d’observer indirectement les modifications de son comportement selon le milieu dans lequel elle se trouve. Le spectre vibrationnel d’une molécule peut donc être vu comme sa carte d’identité ; il permet d’identifier la présence d’une espèce chimique grâce à la lumière infrarouge (IR) qu’elle émet ou qu’elle absorbe.

Cet article présente brièvement les modèles théoriques permettant de reproduire la vibration des molécules à partir du concept de l’oscillateur harmonique. En se basant sur des exemples issus de la recherche fondamentale, il est montré que l’accroissement des puissances de calcul rend possible l’utilisation de modèles de plus en plus élaborés, mais aussi la prise en compte d’un nombre d’atomes toujours plus grand dans les simulations, et permet ainsi l’étude de systèmes moléculaires de plus en plus complexes. L’importance de modéliser les vibrations moléculaires est mise en évidence via des illustrations liées à l’astrophysique. Par exemple, la modélisation du spectre IR du méthane permet de connaître une partie de la physico-chimie de l’atmosphère de Titan.