Caractériser l’évolution des PAH

De nombreux travaux, théoriques et observationnels, montrent que les PAH évoluent

en fonction de leur environnement. Rapacioli et al. (2005b) ont proposé un scénario

d’évolution dans lequel de petits grains carbonés s’évaporent sous l’effet du champ de rayonnement, donnant naissance à des PAH libres neutres. À leur tour, les PAH neutres sont photoionisés donnant naissance à des PAH cations. Dans les parties III et IV de cette thèse, je développe plusieurs aspects relatifs à ce scénario.

4.2.2.1 Évolution physico-chimique des PAH libres

Dans la partie III de cette thèse, j’utilise les données théoriques et expérimentales actuellement disponibles notamment grâce aux résultats du dispositif PIRENEA (Piège

à ions pour la recherche de nouvelles espèces astrochimiques Joblin et al., 2002a) à

l’IRAP afin de modéliser l’évolution de l’état de charge et d’hydrogénation des PAH. Je présente au chapitre 8 le modèle dédié à la prédiction de leur évolution dans un milieu astrophysique réaliste, que j’ai développé durant cette thèse. L’application de ce modèle au milieu diffus et à la PDR 7023-NW est discutée au chapitre 9.

4.2.2.2 La nature des petits grains carbonés

La partie IV de cette thèse étudie la nature des petits grains carbonés dont l’évapo- ration donne naissance à des PAH libres. Dans un premier temps, je chercherai à relier l’évaporation des petits grains carbonés aux conditions physiques locales en analysant les variations de l’émission AIB dans plusieurs PDR (Chp. 10).

Rapacioli et al. (2005b) ont proposé les agrégats de PAH comme modèle pour ces petits grains carbonés. Dans les chapitres 11 et 12, j’étudie les propriétés de ces édifices afin de caractériser leur évaporation. L’application de ces propriétés à l’évaporation des agrégats dans des conditions réalistes de PDR est discutée au chapitre 13.

Deuxième partie

Modélisation des régions de

photodissociation

5

Le modèle PDR de Meudon

5.1 Structure générale du code . . . 50 5.1.1 Transfert radiatif dans l’ultraviolet . . . 51 5.1.2 Équilibre chimique . . . 51 5.1.3 Bilan thermique . . . 52 5.1.4 Méthode itérative . . . 53 5.2 Description de la poussière dans le code PDR de Meudon . . . . 54 5.2.1 Version standard . . . 54 5.2.2 Couplage avec DustEM . . . 56 5.3 Interface utilisateur . . . 57 5.3.1 Entrées . . . 57 5.3.2 Sorties . . . 59 5.4 Passage des grandeurs locales aux observables astrophysiques . . 60 5.4.1 Intégration sur la couche plane-parallèle . . . 60 5.4.2 Intégration sur des géométries sphériques . . . 61 5.5 Évolutions dans la microphysique du code . . . 65

5.5.1 L’excitation des molécules H2 et CO : de Spitzer à Herschel 65

5.5.2 Le processus d’advection . . . 68

L’étude du milieu interstellaire (MIS) souffre de nombreuses contraintes. Sa com- plexité combinée aux conditions extrêmes qui y règnent interdisent de reproduire en laboratoire un « morceau » de milieu interstellaire, tandis que son inaccessibilité ne permet pas d’étude in situ. L’expérience numérique s’impose donc naturellement pour étudier comment de nombreux processus se couplent pour déterminer la structure physique et chimique du MIS.

De nombreux codes numériques ont été développés au cours des dernières décennies dans le but de modéliser les régions de photodissociation. Cependant, des choix différents ont été adoptés en fonction des objectifs spécifiques à chaque code. Par exemple, le

code KOSMA-τ (Röllig et al., 2006) s’intéresse au cas d’une assemblée de nuages

interstellaires, tandis que le code COSTAR (Kamp et van Zadelhoff, 2001) focalise

sur l’étude des disques circumstellaires. Parmi les codes les plus polyvalents et les plus complets en termes de processus physiques et chimiques décrits, on compte le code

CLOUDY (Shaw et al.,2005) qui a pour objectif de constituer un outil d’interprétation

des observations du milieu interstellaire, en incluant les régions HII où l’hydrogène est ionisé. Dans ce code, il est possible de choisir de calculer l’évolution temporelle du système ou directement son état en régime permanent, de choisir parmi plusieurs

géométries, ou encore d’introduire des champs de vitesse. Röllig et al. (2007), qui

proposent une étude comparative d’une dizaine de code PDR différents, résument les possibilités offertes par chacun d’entre eux.

Dans ce travail, le choix a été fait de travailler avec le code PDR de Meudon1

(Le Petit et al., 2006), développé dans l’esprit d’expérience numérique. En regard des autres codes, il permet une plus grande souplesse dans la description de la chimie et du champ de rayonnement incident. Il décrit plus en détail de nombreux processus microphysiques impliqués dans la chimie en phase gazeuse et sur les grains, ainsi que le transfert de rayonnement UV. En revanche, les aspects dynamiques ou de transport de matière ne sont pas décrits.

L’objectif de ce chapitre est de présenter le code PDR de Meudon ainsi que ma contribution à son développement. Après avoir présenté la structure générale du code (Sec. 5.1), nous détaillerons la stratégie adoptée dans ce code pour décrire la poussière.

Une rapide description de l’utilisation du code, sur le plan pratique, est proposée dans une troisième partie. La section 5.4 détaille les étapes de post-traitement permettant de calculer les quantités observables (intensité intégrée, densité de colonne) à partir des résultats du code, en insistant sur les aspects auxquels j’ai contribué. Enfin, dans la dernière section, nous proposons une mise en perspective des développements les plus récents du code avec les enjeux actuels de l’étude des bords chauds de PDR.

5.1 Structure générale du code

Dans le code PDR de Meudon, le système modélisé est une couche de matière (gaz et poussière) unidimensionnelle (1D), irradiée de part et d’autre par un champ de rayonnement visible-UV modélisant soit le champ interstellaire moyen, soit le champ provenant d’une étoile proche. Le transfert de rayonnement visible-UV, les équilibres

5.1 Structure générale du code 51

chimique et thermique, et le transfert du rayonnement IR émis au sein du gaz sont calculés de manière itérative de sorte à converger vers une solution auto-cohérente du système en régime permanent.