Le projet GROWNANO vise à étudier l’incorporation de métaux dans la formation en phase gazeuse de poussières riches en carbone ainsi que le rôle des métaux dans la croissance de molécules carbonées de grande taille via la chimie des agrégats organométalliques. La motivation centrale de ce projet est d’avancer dans la compréhension des processus physico-chimiques impliqués dans la formation de la poussière d’étoiles, et conduisant à la richesse et la diversité de sa composition, l’accent étant mis sur la poussière formée dans un environnement riche en carbone.

Cette poussière est constituée de nanograins (tailles inférieures à ~ 100 nm) avec deux composantes principales: l’une à base de carbone (nanoparticules carbonées et hydrocarbures aromatiques polycycliques) et l’autre à base d’oxydes (silicates), dépendant de la valeur du rapport d’abondance C / O au cours de leur formation dans les enveloppes d’étoiles évoluées et des éjectas de supernovae. Ces environnements sont caractérisés par une large gamme de densités et de températures ainsi qu’une grande complexité chimique impliquant comme éléments principaux H, C, O et N mais aussi d’autres moins abondants tels que Si, S et les métaux (Ti, Al, Mg, Fe). Le projet GROWNANO se concentre sur cet aspect, à savoir l’étude du rôle des métaux et plus particulièrement du fer dans la formation de la poussière d’étoiles et la croissance moléculaire des hydrocarbures.

Outre son impact en astrochimie, dévoiler le rôle du fer dans la formation de la poussière est également d’un intérêt crucial pour étudier la croissance contrôlée et les propriétés de divers types de nanoparticules de fer ou de nanoparticules mixtes fer-carbone afin de repousser les limites de leur connaissance en nanosciences et de leur application dans les domaines des nanotechnologies.
Pour obtenir une description complète du rôle des métaux dans la formation de la poussière d’étoile, il est nécessaire de considérer différentes échelles, essentielles pour la croissance de la poussière :

• de petites molécules ou agrégats, représentant les germes nécessaires pour initier la croissance de la poussière,
• des molécules de plus grande taille ou agrégats comprenant des complexes organométalliques, et
• des nanoparticules mixtes métal-carbone, jouant un rôle dans la composition et la structure des poussières.

Afin d’étudier ce continuum d’espèces, nous utiliserons trois réacteurs complémentaires mettant en jeu des dispositifs de vaporisation laser et des plasmas ainsi que des simulations numériques. En utilisant diverses techniques analytiques ex situ, in situ et in silico, comme la spectrométrie de masse, la spectroscopie infrarouge, la microscopie électronique et les calculs basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité, nous caractériserons les complexes organométalliques produits, les hydrocarbures de grande taille, les agrégats mixtes métal (fer) -carbone et les nanoparticules.

Par la combinaison des résultats de ces différentes études, la principale avancée du projet sera de proposer des germes réactifs/catalytiques et des scénarios pour la formation d’hydrocarbures de grande taille et de nanoparticules mixtes métal-carbone en phase gazeuse.

Le contexte pluridisciplinaire et la grande diversité des méthodes utilisées, combinant expériences et simulations numériques, font l’originalité du projet GROWNANO et garantissent sa capacité à aller au-delà de l’état de l’art.