La bande ν2 + ν3 du méthane. A. Etude expérimentale du spectre

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Submitted on 1 Jan 1970

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La bande ν 2 + ν 3 du méthane. A. Etude expérimentale du spectre

Roger Brégier

To cite this version:

Roger Brégier. La bande ν2 + ν3 du méthane. A. Etude expérimentale du spectre. Journal de

Physique, 1970, 31 (4), pp.301-308. �10.1051/jphys:01970003104030100�. �jpa-00206907�

LA BANDE 03BD2

+ 03BD3

DU MÉTHANE

A. ÉTUDE EXPÉRIMENTALE DU SPECTRE (*)

par

Roger BRÉGIER

Laboratoire de

Spectroscopie

Moléculaire de la Faculté des Sciences de

Dijon (**) (Reçu

^{le 10 novembre}

1969) ~

Résumé. ²⁰¹⁴ Nous présentons le spectre de rotation vibration de la bande ^03BD2 + 03BD3 du méthane enregistré ^au moyen d’un spectromètre ^à grille ^{de haut}

pouvoir

résolvant. Les mesures ont été faites à l’aide d’une méthode

d’étalonnage

originale.

Abstract. ²⁰¹⁴ The 03BD2 + ^03BD3 vibration rotation band of the CH4 molecule is

presented.

This spec- trum is obtained with a high resolution infrared grid-spectrometer. ^The measurements are made by ^{means of an}

original

calibrations procedure.

Le

premier

spectre ^à haute résolution du méthane dans la

région

des nombres d’ondes voisins de 450 000

m-1

a été étudié _par Brown

[1 ] qui

^{en a fourni}

une

première analyse s’appuyant

^{sur les travaux de}

Jahn

[2]

^{et Hecht}

[3].

A l’aide d’un

spectromètre

^à

grille

^{de haut}

pouvoir résolvant,

nous avons obtenu

quelques

1 200 raies

[4]

appartenant ^au spectre ^d’ab-

sorption

du méthane entre 420 000

m -1

et 460 000

m-1.

1.

Caractéristiques

^du

spectromètre.

^{- Le} spectro- mètre utilisé est un

spectromètre

^à

grille

^vibrante

[5]

du type

Littrow,

^à double passage. ^Le

réseau, qui

^pos-

sède

73,25

^traits par millimètre travaille sous une

incidence voisine de

l’angle

de miroitement

égal

^{à 630.}

La sélection d’un ordre de diffraction est faite au moyen de filtres interférentiels.

Le miroir de Littrow a une distance focale de

6,50

^m.

La

grille placée

^{dans le}

plan

^{focal de ce miroir fonc-}

tionne comme

grille

^d’entrée par transmission et comme

grille

^{de sortie} par réflexion. Elle

possède

^des

éléments de

largeur égale

à 200 am.

La rotation du réseau est assurée par ^un

système thermohydraulique.

Le faisceau lumineux effectue un parcours de 40 m

dans la cuve à réflexions

multiples qui

^{contient le}

méthane avant d’être focalisé ^sur le détecteur

qui

^est

une cellule au sulfure de

plomb

refroidie à l’azote

liquide.

La source de rayonnement

infrarouge

^{est un bloc}

de carbone

placé

^en

atmosphère

^{inerte et traversé} par

un courant d’une centaine

d’ampères.

La résolution

expérimentale

^du

spectromètre

^est

comprise

^{entre 3 et 4}

^m-1

pour les raies de nombres d’ondes voisins de 450 000

m-’.

2. Méthode

d’étalonnage

^des

spectres infrarouges.

-

L’originalité présentée

par ^ce

spectromètre

^à

grille

réside dans son

système d’étalonnage

^{dont la}

descrip-

tion a été donnée dans une note

précédente [6].

^Le

dispositif interférométrique qui

^{a été}

adapté

^{au mono-}

chromateur ainsi _que l’utilisation d’un seul faisceau contenant à la fois les raies étalons et les raies à étu- dier offrent de nombreux

avantages :

a)

Il n’existe aucun

décalage systématique

^du spectre étalon _par rapport ^au spectre

infrarouge puisque

^les

chemins

optiques

^suivis par les deux faisceaux sont strictement confondus.

b) L’étalonnage

^est

indépendant

^{aussi bien des}

déplacements

lents de la

grille

^{dans un} montage ^de Littrow _que des variations lentes de la vitesse de rota- tion du réseau ou des déformations lentes du châssis du

spectromètre.

Tout facteur

qui

^{contribue à la} modification du

trajet

^suivi par le faisceau

infrarouge

^affecte

également

le chemin

optique

suivi par les faisceaux d’interfé-

rences : il en résulte une

augmentation

^{ou une dimi-}

nution de la

largeur

^des

franges

mais le nombre de

ces dernières reste constant entre deux

repères

^étalons

donnés.

c) Enfin,

^la

largeur

^des

franges

^et leur nombre sont

réglables

^{à volonté}

quelle

que soit la

longueur

^d’onde

diffractée _par le réseau.

3. Etat du _gaz. ^- A l’intérieur de la cuve à réflexions

multiples,

^la

pression

du méthane dont le

degré

^de

pureté

^est

supérieur

^à

99,9 %

^{est d’environ 50 Pa}

quand

^on

enregistre

les raies P et la branche

Q

^{de la}

bande v2

⁺ v3. Toutefois nous avons dû la porter

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01970003104030100

302

FIG. 1. ^- Bande V2 + v3 du Méthane (Région R).

FIG. 2. ^- Bande v2 ~- v 3 du Méthane (Branches Q et P).

à 500 Pa pour obtenir avec une intensité suffisante certaines raies de la branche R. La

température

^du

gaz ^est de 22 ~C.

4. Résultats

expérimentaux.

^{- Les}

figures (1), (2) (3)

^{sont des}

photographies

^du spectre de ^la bande V2 ⁺ V3 du méthane. Ce spectre

présente

^{les carac-}

téristiques

suivantes : la branche

Q,

^bien

développée,

semble formée de trois

parties

distinctes. Les raies les

plus

^{intenses de la branche R}

possèdent,

^à

quelques exceptions près,

^{la structure}

caractéristique

^{des molé-}

cules à

symétrie tétraédrique

telle que celle observée dans les bandes fondamentales

triplement dégénérées

V3 ^ou v4.

FIG. 3. ^- Spectre d’absorption du Méthane entre 441 260 et 448 280 m-1.

Au-delà de la raie P

4,

la branche P montre une structure

complexe,

^{très dense et} d’intensité soutenue.

Ce fait

s’explique,

^{au moins} pour la

partie éloignée

^du

centre de la

bande v2

+ V3 par ^un enchevêtrement

avec la branche R de la bande de combinaison _v3 + v4 dont le centre se situe ^vers 420 000

m-1.

On peut ^aussi

prévoir

^{dans la même}

région

spec-

trale,

l’existence de la bande de combinaison vl + v2

(activée

par résonance avec le niveau vibration- nel _v3 +

v4)

^bien que ^cette dernière n’ait _pas été identifiée.

On notera que ^sur deux clichés la raie R 4

apparaît

avec une intensité différente : ceci est dû au fait _que

nous avons été contraint d’utiliser deux filtres inter- férentiels _pour isoler un même ordre de diffraction

(ordre 11 ).

Dans le tableau

joint

^au spectre

figurent

les nombres

d’ondes des raies numérotées ainsi _que les écarts entre

nos mesures et celles

qui

^{sont données} par Brown.

5. Conclusion. ^- Le haut

pouvoir

résolvant du

spectromètre

^a

permis

^la

séparation

^{en raies}

simples

de nombreuses raies

larges

^du spectre ^observé par Brown. La méthode

d’étalonnage,

très sûre et très

fidèle,

^{nous donne une}

précision expérimentale

^de

0,3 m-1

^{environ sur} les nombres d’ondes calculés.

Ce spectre ^{obtenu très}

rapidement

^a servi de base à

une étude

théorique

^{et il} pourra être amélioré dans

un

proche avenir,

^dès

qu’un

^ensemble

électronique

de traitement du

signal

^{éliminant une}

grande partie

du bruit observable actuellement aura été installé.

Enfin,

^nous pensons augmenter ^la résolution de

l’ap- pareil

^en

l’équipant

^de

grilles plus

^{fines et de} concep- tion nouvelle.

Bibliographie

[1] BROWN, Dissertation, Michigan, ^1957.

[2] ^JAHN (H. A.), ^Proc. Roy. Soc., 1938, A168, ^{469 et} 1938, A168, ^495.

[3] ^HECHT (K. T.), ^{J. Mol.} Spectr., 1960, 5, ^{355 et} 1960, 5, ^390.

[4] ^BREGIER (R.), Thèse, Dijon, ^1970.

[5] ^CADOT

(J.),

Thèse, Dijon, ^1968.

[6] MORET-BAILLY (J.) ^{et BREGIER}

(R.),

^Sur l’étalonnage

d’un spectromètre à haute résolution.

C. R. Acad. Sci., 1969, 268, ^37-40.

304

Tableau des nombres d’ondes des raies appartenant ^{à la bande} V2 ⁺ V3

Bande v2

+ v3 de la molécule méthane ⁼ Vmesuré -

VBrown).

Bande v2

⁺ V3 de la molécule méthane

(Av =

^{Vmesuré -}

306

Bande _{v, + v,} du méthane

(Av =

^{vmesuré -}

VBrown)-

Bande v2

+ v3 du méthane

(Av ==

Amesuré 2013

vBrown).

Raies situées entre les

bandes v2

⁺ v3 ^et v3 ⁺ V4-

308

Raies situées entre les

bandes v2

⁺ V3 et V3 + v4.