Les outils

SPFIT/SPCAT :

Plusieurs programmes de calcul de spectres sont disponibles librement sur internet, parmi lesquels se trouve par exemple calpgm10; il s’agit d’une s´erie de programmes en langage C, d´evelopp´ee au JPL par Herbert M. Pickett lors de la construction de la base de donn´ees cit´ee pr´ec´edement. Le programme SPFIT (Singlet-Pi FIT, Pickett et al. 1998) est destin´e `a la d´etermination des param`etres mol´eculaires `a partir des spectres exp´eri-

6. http ://www.nist.gov/pml/data/micro/index.cfm 7. http ://www.sci.u-toyama.ac.jp/phys/4ken/atlas/ 8. http ://www.splatalogue.net/

9. Le projet d’Observatoire Virtuel (OV) repose sur la mise en commun et l’interconnection, `a l’´echelle internationale, de toutes les banques de donn´ees num´eriques et d’outils d’analyse d´evelopp´es dans les domaines de l’Astronomie et de l’Astrophysique. Les objectifs sont d’optimiser l’exploitation de donn´ees d´ej`a acquises en en facilitant l’acc`es, de permettre des comparaisons entre donn´ees d’origine et de nature diff´erentes, et d’acc´el´erer les traitements en utilisant des m´ethodes standardis´ees et des grilles de calcul.

mentaux et le programme SPCAT calcule les transitions possibles `a partir des param`etres mol´eculaires obtenus avec SPFIT. Plus pr´ecisement ils s’organisent comme le d´ecrit le sch´ema suivant :

Figure 2.1 – Sch´ematisation des programmes SPFIT et SPCAT

Dans un premier temps, pour d´eterminer les param`etres qui d´ecrivent notre mol´ecule, j’ai utilis´e le programme appel´e SPFIT, qui r´ealise un « fit » ou ajustement du hamil- tonien `a partir des mesures exp´erimentales. Le programme SPFIT utilise en entr´ee deux fichiers ; le fichier *.lin (figure 2.2) contenant, les nombres quantiques hauts et bas, les diff´erentes raies mesur´ees exp´erimentalement en MHz, ainsi que les incertitudes de me- sures exp´erimentales, et le fichier *.par (figure 2.3) qui contient les diff´erents param`etres du hamiltonien `a ajuster, le nombre de param`etres que l’on souhaite inclure dans le fit, le nombre de transitions du fichier lin, le nombre d’it´erations et enfin ce fichier contient aussi la barre d’erreur tol´er´ee. Si une raie s’´ecarte plus que cette barre de la valeur calcul´ee, le programme la rejette, elle n’est pas utilis´ee pour l’ajustement des constantes.

Figure 2.2 – Exemple de fichier *.lin

Ainsi, le programme agit tout d’abord comme un comparateur ; il calcule les ´energies des ´etats `a partir des param`etres que nous lui fournissons, et effectue une pr´evision de la fr´equence des transitions avec les nombres quantiques du fichier *.lin. Le programme compare ensuite par une proc´edure des moindres carr´es, la fr´equence issue du hamiltonien avec la fr´equence mesur´ee et modifie les param`eres du fichier *.par en cons´equence. Ce

Figure 2.3 – Exemple de fichier *.par

programme va ainsi it´erer plusieurs fois afin d’aboutir `a un fichier *.par correspondant au mieux aux donn´ees exp´erimentales du fichier *.lin. Lorsque l’ex´ecution du programme est termin´ee, il cr´ee un fichier *.var correspondant au fichier *.par final.

Enfin il g´en`ere ´egalement un fichier *.fit (figure 2.4), synth´etisant toutes les informa- tions sur les fr´equences qu’il a calcul´ees : l’´ecart par rapport aux mesures, les modifications qu’il a apport´ees aux param`etres, les barres d’erreur, etc. Celui-ci est le fichier que nous surveillons et qui nous indique quand nos param`etres sont bien ajust´es ou si nous avons des mesures peu fiables.

Le programme SPCAT r´ealise quant `a lui les pr´edictions sur toutes les transitions possibles dans les contraintes fournies, `a partir des fichiers cr´e´es grˆace `a SPFIT. Celui-ci utilise donc le fichier *.var sortant, ainsi qu’un fichier *.int donnant au programme des informations concernant notre mol´ecule, comme la temp´erature du milieu, des valeurs des moments dipolaires, etc. En sortie nous obtenons le fichier *.cat (figure 2.5) contenant les pr´edictions sur la mol´ecule ´etudi´ee, avec dans l’ordre : la fr´equence des transitions du spectre de la mol´ecule en MHz, l’erreur estim´ee en MHz, les intensit´es int´egr´ees en base 10 logarithmique avec pour unit´e des nm2 MHz, le degr´e de libert´e pour la fonction de partition rotationelle (0 pour un atome, 2 pour des mol´ecules lin´eaires, et 3 pour des mol´ecules non lin´eaires), l’´energie de niveau inf´erieur (Elow) en cm−1, la d´eg´en´erescence de l’´etat sup´erieur appel´e aussi ´etat haut, le ”TAG” qui est un num´ero d’identification at- tribu´e `a chaque mol´ecule (le poids mol´eculaire constitue les trois premiers chiffres du tag qui en contient 6, le quatri`eme chiffre indique la base de donn´ees : 0 pour le JPL et 5 pour le CDMS, les deux derniers chiffres permettent d’ordonner les esp`eces de mˆeme masse.), enfin le format et les nombres quantiques associ´es. Ce sont donc les r´esultats qui sortiront de ce fichier *.cat que nous allons utiliser, pour compl´eter la banque de donn´ees spectrales de la mol´ecule en question ou permettre l’identification dans le milieu interstellaire.

ASFIT/ASROT :

Un site web appel´e Programs for ROtational SPEctroscopy11 a ´et´e cr´e´e `a l’acad´emie des sciences de Pologne par Z. Kisiel. Il permet de t´el´echarger plusieurs logiciels cod´es en langage FORTRAN, et notamment les progammes ASFIT (ASymmetric top FITting program) et ASROT (ASymmetric ROTor predictive program). Leur utilisation est assez similaire aux programmes SPFIT/SPCAT, seul le format des programmes d’entr´ee et sor- tie diff`ere ; les fichiers *.par et *.lin sont regroup´es en un seul et mˆeme fichier *.asf. Les fichiers de sorties sont similaires aux fichiers *.fit et se nomment *.out. Il est tout `a fait possible dans le fichier ASFIT, de cr´eer des fichiers de sorties compatibles avec SPFIT (la r´eciproque n’est pas vraie). Ce code inclut en plus quelques tests statistiques qui seront d´etaill´es dans le Chapitre 4 : le calcul de l’influence des raies sur les param`etres ainsi que les corr´elations entres param`etres.

Il existe par ailleurs dans la litt´erature, d’autres codes servants `a mod´eliser les hamil- toniens. Ces codes ne sont cependant pas tous r´ef´erenc´es sur le site de PROSPE.