Programme National Physique Chimie du Milieu Interstellaire

Document de prospective





La recherche sur le milieu interstellaire est guidée par deux objectifs majeurs :

(1) élucider les processus qui initient et régulent la formation des étoiles et

(2) comprendre l'évolution chimique de la matière dans l'espace circum et interstellaire jusqu'à la dissipation des disques proto-planétaires et la formation des systèmes planétaires.


Notre capacité à décrire les conditions physiques, la composition chimique de la matière et son évolution dans les différents environnements continue à progresser grâce au formidable développement des moyens d'observation. Des perspectives nouvelles s'ouvrent sur des aspects divers du milieu interstellaire. On peut citer en particulier :

(1) la découverte d'une composante moléculaire complexe dans le milieu diffus qui nous amène à explorer des processus chimiques hors équilibre liés peut-être à la turbulence et place le problème de l'identification des porteurs des bandes diffuses dans un contexte nouveau,

(2) l'évolution chimique de la matière dans les condensations proto-stellaires et les disques circum-stellaires, le rôle des poussières dans cette évolution menant à la formation des planètes, le lien entre la matière interstellaire et cométaire,

(3) l'abondance de données spectroscopiques sur l'émission des poussières qui stimule la recherche sur la nature des grains et nano-particules interstellaires et

(4) la turbulence et la structure multi-échelle du milieu interstellaire dont on ne comprend pas l'impact qu'elle a sur l'évolution dynamique et chimique de la matière et  la formation des étoiles.
 

La vocation du Programme National est d'encourager les liens nécessaires avec les domaines de la Physique et la Chimie connexes avec les questions d'astrophysique. Les astrophysiciens ont collaboré en premier lieu avec physiciens, chimistes et spectroscopistes sur les propriétés microscopiques de la matière : structure moléculaire, réactivité chimique, interaction matière rayonnement, sous des aspects à la fois théoriques et expérimentaux. Ces collaborations restent essentielles mais notre compréhension du milieu interstellaire se heurte également à des problèmes difficiles qui s'inscrivent dans deux domaines en plein développement de la Physique: la recherche sur les nano-particules et les systèmes dissipatifs. Ce document décrit quelques thèmes que le Programme National souhaiterait encourager dans les années à venir. Il définit aussi les priorités de la communauté PCMI vis-à-vis des projets d'observations ainsi que les principaux résultats qu'elle en attend.
Les documents préparés pour le colloque de prospective de 2003 de l'INSU sont accessibles sur le site PCMI pour les deux contributions : Thématiques scientifiques prioritaires et Interdisciplinarité .

Observations

Notre position vis-à-vis des moyens d'observations est définie par les besoins assez spécifiques à notre communauté. La spectroscopie est le mode d'observation privilégié car elle donne une information directe sur la composition de la matière et les conditions physiques. La nature multi-échelle du milieu interstellaire ne peut être appréhendée qu'à partir de cartes couvrant une grande dynamique spatiale obtenue le plus souvent en combinant des observations de plusieurs télescopes avec différentes résolutions. La haute résolution angulaire est importante pour atteindre les plus petites échelle du milieu et l'étude de la matière dans les environnements proto-stellaire,  circum-stellaire et les disques proto-planétaires. La haute résolution spectrale accessible surtout dans le domaine radio grâce aux récepteurs hétérodynes est essentielle pour étudier la cinématique et l'état dynamique de la matière mais aussi pour analyser l'origine de l'émission. La grande sensibilité et résolution angulaire des instruments actuels comme le Plateau de Bure et le VLT et futurs comme ALMA devrait grandement étendre le domaine d'application de l'étude physico-chimique de la matière à la fois vers les galaxies à grand décalage vers le rouge et les disques proto-planétaires.

Du fait de la diversité des conditions physiques, l'ensemble du spectre électromagnétique sert à l'étude du milieu interstellaire. En France, la radioastronomie millimétrique et l'infrarouge avec l'IRAM et ISO jouent un rôle prédominant dans la recherche sur le milieu interstellaire. Les observations faites à l'IRAM permettent une étude fine de la structure, cinématique et chimie des régions denses où la matière est moléculaire. ISO a ouvert à l'étude spectroscopique une gamme de longueurs d'onde où l'on trouve l'essentiel des motifs spectraux de la poussière permettant l'étude de la nature des grains (PAHs, nano-particules, silicates) et la chimie à leur surface, ainsi que des raies du gaz (H2, CII, OI...), importantes pour l'étude des bilans thermiques et comme diagnostic des conditions physiques. Pour beaucoup de projets sur le milieu interstellaire, les difficultés instrumentales font que l'exploitation scientifique des résultats d'ISO ne commence que maintenant et des résultats originaux sont encore à attendre. Avec 5 et bientôt 6 antennes, l'interféromètre du Plateau de Bure devrait entrer dans une nouvelle phase d'exploitation avec une productivité et sensibilité accrues. D'autres observatoires apportent un complément original d'information. Par exemple, avec le CFHT et aujourd'hui surtout le VLT notre communauté a accès à des moyens remarquables d'observations spectroscopiques dans le visible (UVES) et l'infrarouge proche (ISAAC) et l'infrarouge thermique (VISIR), très complémentaires de l'IRAM et ISO. La communauté PCMI est également engagée dans FUSE pour l'observation de H2 et HD.

Le programme doit aider la communauté à tirer le meilleur parti des moyens d'observations et jouer un rôle  dans la définition de nouveaux instruments d'observation. Il doit notamment contribuer à l'organisation d'ateliers et d'écoles, en particulier ceux destinés  à la formation des doctorants et chercheurs  aux techniques d'observation.
La communauté des utilisateurs de l'interféromètre de l'IRAM doit s'ouvrir largement pour tirer le meilleur profit de son potentiel scientifique grandissant. Le programme s'associe à l'IRAM dans son effort de formation des chercheurs aux techniques de l'interférométrie. Le Plateau de Bure représente également pour la communauté française une opportunité unique de se préparer à l'utilisation d'ALMA. Le succès d'ISO place la communauté française en bonne position pour utiliser l'observatoire américain infrarouge SIRTF dont le lancement est prévu en 2002.

A plus long terme, les projets les plus attendus par la communauté PCMI sont ALMA et FIRST. ALMA représente un formidable développement des possibilités offertes par l'interféromètre de l'IRAM en termes de sensibilité, résolution angulaire et couverture spectrale. Ces avancées sont particulièrement critiques pour l'étude de la structure du milieu interstellaire dense et de l'évolution de la matière le long du processus de formation des étoiles et de leurs planètes. La phase initiale de formation des condensations proto-stellaires est à ce jour l'étape la plus méconnue du processus de formation des étoiles. La nature multi-échelle du milieu interstellaire impose de combiner les observations à haute résolution angulaire avec des moyens d'observation sur un grand champ. En ce sens les antennes uniques, comme le 30 m de l'IRAM qui avec des mosaïques de détecteurs peut encore augmenter son efficacité pour la cartographie, resteront pour nous un complément indispensable d'ALMA, à la fois pour l'imagerie et la spectroscopie. FIRST ouvrira la totalité du domaine sub-millimétrique aux observations photométriques et spectroscopiques. Les observations de H2O avec la haute résolution spectrale offerte par les récepteurs hétérodynes sont très attendues. H2O est une molécule clé dans la chimie du milieu interstellaire en particulier dans les régions de formation d'étoiles. Elle offre aussi des possibilités uniques de diagnostic des conditions physiques. On peut également attendre un apport original à la chimie interstellaire des relevés spectraux de sources de référence représentatives des diverses étapes de l'évolution de la matière. L'étude des milieux diffus et de la relation entres les différentes composantes du milieu interstellaire, notamment par l'observation à haute résolution spectrale de la raie de CII est également un objectif prioritaire. Pour les fenêtres atmosphériques FIRST et ALMA se complètent en terme d'échelles angulaires. Cette complémentarité permettra par exemple une recherche systématique des condensations proto-stellaires puis une étude détaillée de leur structure.

L'observation de l'émission sub-millimétrique des poussières est un moyen d'étude de la structure du milieu interstellaire complémentaire aux observations de raies moléculaires dans le millimétrique. Elle ouvre aussi une perspective originale sur l'évolution des poussières dans les régions denses du milieu interstellaire. Les premières observations, en particulier avec PRONAOS, ont mis en évidence la présence de condensations avec des poussières trop froides pour avoir été vues dans les cartes du ciel IRAS. Nous connaissances sur ce sujet sont encore très limitées et nous soutenons le développement d'un nouveau projet d'observation sans attendre le lancement de FIRST et PLANCK. Notre communauté est intéressée à la préparation et aux résultats de PLANCK et l'instrument bolométrique SPIRE sur FIRST qui permettront une étude fine de l'évolution des propriétés sub-millimétriques des poussières entre les différentes composantes et phases du milieu interstellaire. Planck permettra l'étude des petites particules du milieu interstellaire si la détectabilité de leur émission dipolaire se confirme. La possibilité de mesurer la polarisation de l'émission thermique des poussières donnera une information originale sur le lien entre la structure de la matière et celle du champ magnétique. Sur ces sujets, le relevé complet du ciel sera complémentaire des observations détaillées réalisées avec l'instrument SPIRE de FIRST. La présence sur le NGST d'un instrument spectroscopique dans l'infrarouge proche et moyen serait un formidable outil qui pour l'étude des objets compacts dépasserait de plusieurs ordres de grandeur la sensibilité d'ISO et SIRTF.
 
 

Poussières

Les observations ISO, grâce à une couverture spectrale sans précédent (2.5 à 180 micron), ont donné une vive impulsion à l'étude des poussières interstellaires, qui représente une part significative de l'activité financée par le Programme. Les grands axes de cette recherche sont l'étude de la nature des grains, leur cycle d'évolution et de son impact sur la composition de la phase gazeuse, les conditions physiques dans le milieu interstellaire et le processus de formation des étoiles. L'apport de la chimie du milieu interstellaire à la chimie primitive des planètes, par l'intermédiaire des comètes est une des perspectives les plus saillantes de cette recherche.

La spectroscopie infrarouge constitue un moyen d'accès unique à la composition chimique de la matière solide du Milieu Interstellaire, car les grains de poussière sont de petite taille devant la longueur d'onde d'observation, et optiquement minces à leur propre rayonnement. L'étude des poussières sera un thème de recherche important pour quatre des grands observatoires des années à venir (ALMA, FIRST, PLANCK et SIRTF). SIRTF permettra de poursuivre (avec l'apport complémentaire de UKIRT, VLT et SOFIA) l'étude spectroscopique des poussières dans l'infrarouge engagée avec ISO. ALMA, FIRST et PLANCK permettront d'étudier l'évolution des propriétés d'émission des grains dans le sub-millimétrique en relation avec la taille, la composition et la structure des grains. La détection de l'émission des poussières sur une grande gamme de décalages vers le rouge projettera l'étude des poussières dans un contexte cosmologique où il sera par exemple important de comprendre l'impact de l'activité stellaire et l'abondance des éléments lourds sur la nature des grains. L'analyse en laboratoire d'échantillons recueillis dans le Système Solaire offrira la possibilité d'étudier directement les poussières interstellaires et cométaires présentes dans le Système Solaire.

Comme dans les autres domaines, le GDR puis le Programme National PCMI a stimulé la recherche en France sur les poussières interstellaires en associant très étroitement des astrophysiciens à des physico-chimistes. Ces échanges ont permis un fort couplage entre les observations et des études expérimentales. Le Programme National finance actuellement plusieurs projets expérimentaux destinés à reproduire au laboratoire des analogues des poussières interstellaires qui, dans un premier temps, servent à caractériser les grains observés. A plus long terme, ces expériences cherchent aussi à élucider le rôle des grains dans l'évolution chimique, en particulier la formation de molécules organiques complexes. La pluridisciplinarité sera également importante pour l'analyse de la structure et de la composition chimique et isotopique des grains extraterrestres collectés. La qualité des résultats obtenus dans les observations des poussières doit déboucher sur une compréhension de l'évolution physico-chimique de grains interstellaires et de la physique des processus à leur surface qui aille au delà des comparaisons encore essentiellement empiriques avec les expériences de laboratoire. Pour cela des projets expérimentaux permettant d'étudier directement les processus physiques doivent être envisagés. Nous pensons par exemple à des expériences permettant d'étudier les processus de détachement de la surface des grains et les collisions entre grains. La découverte par ISO de silicates cristallins dans les enveloppes et disques circumstellaires ainsi que dans Hale-Bopp a ouvert la recherche de processus permettant la transition entre matériaux cristallins et amorphes dans l'espace. Dans l'avenir, l'étude des propriétés des poussières dans les disques protoplanétaires couplée aux mesures en laboratoire (en particuliers propriétés des grains à basses températures) permettra de comprendre l'évolution de ces disques vers la formation de planetésimaux et de planètes.

ISO a également donné accès à la composition moléculaire des manteaux de glace accrétés sur les grains dans les régions de formation d'étoiles. Les spectres observés et la possibilité de les reproduire dans leurs détails (en particulier la forme des raies) ont démontré la validité de l'approche expérimentale qui utilise des méthodes de physique moléculaire éprouvées pour simuler les glaces interstellaires et étudier leur évolution photochimique. Avec le gain de sensibilité attendu pour les futurs instruments la même information deviendra disponible pour les nuages sombreset la matière  autour de jeunes Soleils.  La quantité de molécules observées dans l'état solide est comparable voire supérieure (cas de H2O) à celle  observée dans le gaz  ce qui laisse entrevoir l'importance des échanges  entre la phase solide et la phase gazeuse. L'évolution de cette phase solide et assez volatile par photo- et thermo-chimie va produire des molécules plus complexes. Il est d'ailleurs notable que les comètes contiennent les mêmes molécules avec des rapports d'abondance similaires à ceux observés dans les glaces interstellaires. En laboratoire, la mise en évidence des processus photochimiques est assez facile à montrer et à réaliser de manière empirique (mélanges de glaces sales). L'identification de réactions de type acido-basique et la formation d'un "sel", le cyanure d'ammonium, un précurseur de l'urée, identifié dans le spectre d'objets protostellaires, souligne l'intérêt de la phase solide pour la production de molécules complexes que certains considèrent comme pré-biotiques.
Il faut noter que des perspectives nouvelles apparaissent pour la théorie de la complexification chimique à la surface des grains : modélisation de la mobilité chimique à la surface de grains par traitement semi-classique de trajectoires stochastiques, avec un traitement de la viscosité par des équations de Langevin ; méthodes mixtes, couplant chimie théorique ab-initio et mécanique moléculaire, qui devraient permettre de modéliser un manteau de grain présentant différents types de défauts de surface, et de traiter des problèmes de réactivité sur ce substrat.

L'exploration des propriétés d'émission des nano-particules est un autre thème important. Les observations montrent qu'une fraction importante des particules de poussières est constituée d'au plus quelques milliers d'atomes. ISO a permis de constituer une riche base de données spectroscopiques sur ces particules. Les expériences PIRENEA et SONATE financées par PCMI au CESR (Toulouse) et au DRECAM (Saclay) ont pour objectif la synthèse et l'analyse de nano-particules. Parallèlement les nouvelles méthodes théoriques évoquées ci-dessus devraient permettre de progresser dans l'élucidation du rôle de la taille des particules sur leurs propriétés spectroscopiques et leur réactivité. Enfin, du fait de l'originalité des conditions physiques dans l'espace, les expérimentations motivées par les observations astrophysiques pourraient avoir des retombées fondamentales et pratiques sur notre connaissance de la matière solide. Nous rappelons ici que la recherche des porteurs des bandes diffuses interstellaires est à l'origine de la découverte des fullerènes.
 

Modélisation et Physique non-linéaire

 La modélisation du milieu interstellaire connaît des succès certains en mettant en évidence des processus élémentaires qui contribuent à son évolution et permettent d'interpréter les observations.  Les modèles chimiques actuels peuvent inclure quelques centaines d'espèces chimiques reliées par quelques milliers de réactions chimiques. Ces travaux apportent un soutien indéniable dans la description des conditions physiques et de la composition chimique de la matière interstellaire. Néanmoins, la communauté impliquée dans ce travail prend de plus en plus conscience de la nécessité de considérer les couplages non-linéaires entre les processus physiques.
En effet, le milieu interstellaire joue un rôle fondamental dans la formation et l'évolution des galaxies. Comprendre sa dynamique reste donc un objectif majeur. Les progrès observationnels, liés aux nouvelles générations d'instruments au sol et spatiaux, sont spectaculaires. En comparaison, les approches théoriques se heurtent a des difficultés notoires dépassant largement le contexte astrophysique : le milieu interstellaire, fluide dilue, magnétisé, hautement compressible et turbulent, est structure de façon hiérarchique, dans l'espace et en vitesse, sur plus de 5 ordres de grandeur en taille. Il constitue un système ouvert soumis à l'influence du rayonnement, des particules de haute énergie, du flux de matière intergalactique et est maintenu hors équilibre dans des régimes variés résultant de la compétition entre de nombreux processus physiques. Cette structure peut être due à la seule gravité mais aussi aux processus de dissipation de la turbulence dans les chocs ou les vortex cohérents, à des instabilités thermiques ou, plus vraisemblablement, à une combinaison de tous ces mécanismes. D'autre part, les processus microscopiques jouent un rôle clé dans l'évolution du milieu, en particulier dans la dissipation de l'énergie de la cascade turbulente, les réactions chimiques, le refroidissement radiatif du gaz via l'excitation collisionnelle d'espèces moléculaires rares, le couplage du milieu au champ magnétique ainsi que celui du gaz et des particules solides. Les difficultés sont donc de nature à la fois théorique et numérique du fait de la très large gamme d'échelles spatiales et temporelles impliquées et du grand nombre de couplages non-linéaires entre processus physiques différents.

Les recherches sur la physique du milieu interstellaire se sont initialement développées dans le cadre de la formation des étoiles mais elles ont des champs d'application bien plus vastes puisque les mêmes problèmes se retrouvent dans la formation des premières structures de l'univers dans laquelle la physique de la matière baryonique n'est encore décrite que de façon très empirique. Il en est de même pour l'évolution des disques protostellaires et protoplanétaires dans laquelle la physique du transport de matière et de moment angulaire, régie par le transport turbulent, dépend du couplage de la matière au champ magnétique, donc de sa composition chimique et de son degré d'ionisation.

Ces axes de recherche s'inscrivent dans le domaine de la physique non-linéaire en plein essor, dont les applications dépassent largement le contexte astrophysique. Ils ouvrent un nouvel espace d'échanges avec les physiciens que le Programme National souhaite grandement développer, aussi bien sur le plan expérimental que théorique et numérique. Les questions à aborder dans un premier temps concernent principalement:
- l'étude de l'origine de la structure multi-échelle du milieu interstellaire et de son impact sur son évolution.
- la prise en compte des aspects hors-équilibre de l'évolution de la matière : intégration des modèles de chimie dans une réalisation multi-échelle du milieu interstellaire pour étudier le couplage entre les écoulements turbulents et la chimie.
De nouveaux outils statistiques d'analyse des observations permettant de détecter, caractériser et localiser les régions de dissipation intermittente de la turbulence interstellaire doivent être développés, en tenant compte des avancées théoriques.  Les contacts existants avec les hydrodynamiciens  doivent être encouragés dans le domaine de la physique de laboratoire mais aussi de celle de l'atmosphère, de façon à poursuivre la comparaison entre observations astrophysiques, données de laboratoire ou atmosphériques et simulations numériques.

Physique Microscopique

* Spectroscopie

L'identification des molécules interstellaires est liée très étroitement à leurs propriétés spectroscopiques. La majorité des espèces détectées à ce jour (cf. liste de molécules en annexe) le sont en phase gazeuse. Il s'agit de molécules diatomiques et polyatomiques (jusque 13 atomes) composées des éléments les plus abondants (H, C, O, N), parmi lesquelles de nombreux radicaux et ions moléculaires. Les structures très variées, ajoutées à l'instabilité chimique de certaines molécules (notamment dans les conditions de laboratoire) requiert une coopération des astrophysiciens avec les spectroscopistes de laboratoire (du domaine microonde jusqu'à l'ultraviolet du vide) ainsi qu'avec les chimistes théoriciens. La communauté PCMI a été particulièrement exemplaire dans ce domaine. Cet effort de collaboration doit être préservé, voire amplifié: en effet, l'élargissement du domaine électromagnétique vers les hautes fréquences donne accès à des espèces nouvelles, comme les hydrures métalliques, mais permet également de sonder des états moléculaires rotationnellement, voire vibrationnellement excités encore peu étudiées pour les espèces instables. Certaines transitions intenses, observées par ISO restent toujours non-identifiées. D'autre part, ISO a permis par exemple la détection dans l'infrarouge lointain des raies de CH+ et C3 en émission et CH3 en absorption. D'autre part, l'étude des molécules isotopomères reste également d'intérêt comme par exemple les ions CH2D+ et NH3D+, ions clés dans les processus de fractionnement chimique, dont le spectre rotationnel reste inconnu. Il est également important de remarquer que certaines molécules complexes et abondantes, comme le méthanol, ont un spectre extrêmement riche qui peut masquer la présence de molécules plus rares: il est donc important de connaître avec précision le spectre micro-ondes étendu de ces molécules afin de pouvoir "nettoyer" les spectres observés de ces constituants.
Les observations des bandes diffuses observées en absorption dans le visible à grande résolution spectrale, ainsi que les émissions infrarouges intenses à 3.3, 7.7, 11.2 et 12.8 µm, attribuées aux vibrations C-C et C-H de matériaux aromatiques, renforcent notre conviction de la nature moléculaire des porteurs de ces bandes et impliquent la présence de cycles aromatiques pour les émissions infra rouges. Le programme PCMI joue également un rôle important dans ce domaine en soutenant des observations à haute résolution spectrale ainsi que de nouvelles expériences dédiées à de grosses molécules polyaromatiques et leur caractérisation spectroscopique comme par exemple l'expérience de spectroscopie visible de cations en jet supersonique financé au LPPM à Orsay. Notons que ce domaine constitue une nouvelle discipline frontière où la distinction entre grosses molécules et très petits grains devient subtile. Il faut remarquer que les chimistes théoriciens sont intéressés à ces recherches grâce aux développement de nouveaux outils numériques comme la méthode de la fonctionnelle de densité (DFT).

* Réactions chimiques en phase gazeuse

La chimie en phase gazeuse joue un rôle incontestable dans le milieu interstellaire.  Les premières hypothèses de l'intervention des réactions ion - molécule dans la formation des molécules interstellaires ont été confirmées de manière éclatante par la détection de plusieurs ions moléculaires, la plus récente étant celle de l'ion H3+. L'année écoulée a vu la détection de molécules doublement deutérées dans des coeurs denses où les mécanismes de désorption par les grains sont peu probables. Le GDR, puis le programme national PCMI ont largement contribué dans ce domaine en soutenant le montage d'une expérience dédiée à l'étude des réactions à très basse températures dans un jet supersonique uniforme. L'injection sélective des ions dans ce montage est une priorité décisive pour élargir le nombre des réactions à étudier, en particulier celles mettant en jeu des composés deutérés. Il faut noter que l'extension de ce montage à des réactions neutres - neutres a mis en évidence la contribution importante et insoupçonnée de ces réactions à basse température lorsqu'un des partenaires est le carbone neutre. L'extension de ces mesures à des réactions entre radicaux constitue une perspective réaliste grâce à l'utilisation de lasers performants. Les mesures de cinétique fournissent des constantes de vitesse de réactions à certaines températures. Il est également important de déterminer les sections efficaces de réaction en fonction de l'énergie des réactants incidents qui permettent d'interpréter plus directement les résultats expérimentaux en termes de surface de potentiel et de dynamique réactionnelle. Le programme PCMI a soutenu le démarrage d'une expérience de jets confluents permettant de réaliser des énergies relatives de quelques milli-électron-volts. Il est clair que le PN PCMI continuera à suivre très attentivement ce genre d'expériences pour des réactions d'intérêt astrophysique. Remarquons que ces études sont menées en concertation pour le plus grand bénéfice de la communauté. Il faut également citer les expériences de recombinaison dissociative et la détermination des produits de branchement qui sont encore mal connus, même dans des cas simples. L'utilisation des anneaux de stockage pour l'étude des réactions de recombinaison dissociative est bien adaptée aux mesures sur les ions légers alors que les techniques plus traditionnelles d'études en décharge restent les seules disponibles pour les ions complexes. Enfin, l'étude expérimentale détaillée des sections efficaces et de la distribution d'énergie des fragments résultants de la photodissociation  de molécules clés reste d'un grand intérêt.

*  L'apport de la théorie

Les études théoriques ont apporté un complément essentiel aux travaux expérimentaux décrits précédemment. Le PN PCMI a su attirer et intéresser des groupes de chimie quantique qui ont appliqué, voire développé dans certains cas, les méthodes les plus nouvelles et les plus performantes pour construire les surfaces de potentiel mises en jeu dans les divers processus et même dans les géométrie d'équilibre des composés moléculaires. Ces nouvelles techniques permettent d'étalonner à une précision quasi spectroscopique les géométries les plus significatives. Parallèlement, de nouvelles méthodes de dynamique réactionnelle ont été introduites comme la théorie du défaut quantique généralisé ou les techniques des paquets d'onde pour traiter les réactions de photodissociation ou la recombinaison dissociative : ainsi, la compréhension des mécanismes intervenant dans la recombinaison de l'ion H3+ est toujours d'actualité. Les études de dynamique hamiltonienne appliquées à des systèmes moléculaires à plus de deux degrés de liberté sont en plein essor. En relation avec les expériences sur les réactions neutre-neutre décrites précédemment, la prise en compte des différents couplages et une bonne connaisance des surfaces de potentiel ont permis d'expliquer, sans facteur magique d'accélération, la dépendance à la température de la constante de vitesse de la réaction radicalaire CN + NH3.
La méthode des potentiels imaginaires négatifs en diffusion inélastique indépendante du temps pourrait remplacer la capture adiabatique pour le traitement des effets spin-orbite dans les réactions entre espèces à couche ouverte. L'interprétation des observations moléculaires en émission requiert la connaissance des sections efficaces de collision avec H2 des différents niveaux des molécules observées. Il est important de maintenir et même de développer une activité dans ce domaine dans la perspective de l'interprétation des spectres millimétriques et submillimétriques notamment et éviter ainsi une pénalisation regrettable due à la méconnaissance des mécanismes microscopiques de base. Les contributions récentes aux calculs d'excitation rotationnelle et rovibrationnelle des molécules H2 et HD ont permis une avancée significative dans l'interprétation des données acquises sur ces molécules avec ISO. Le programme PCMI considère comme essentiel de rester lié avec la communauté de chimie quantique et dynamique moléculaire théorique.
 

Remerciements: Ce document et ses deux annexes on été préparés par les membres du conseil scientifique avec l'aide de  Michel Costes, Didier Despois, Anne Dutrey, Edith Falgarone, Thérèse Huet, Anthony Jones, Jacques Le Bourlot, Guillaume Pineau des Forets, Jean-Loup Puget et Pierre Valiron.