Présentation

15/03/12

Le GDR 3533 « EMIE » est créé pour 4 ans à partir du 1er janvier 2012. Il compte 35 laboratoires comprenant environ 250 personnes réparties dans trois grandes thématiques : 30 équipes en Physique, 15 en Chimie, 12 en Planètes et Univers, plus 2 équipes étrangères.

Objectifs en Moyens d'action

La communauté des agrégats atomiques et moléculaires est fédérée depuis bientôt vingt ans au-delà du périmètre hexagonal. Les équipes se sont ouvertes à des communautés voisines en diversifiant leurs objets d’étude, notamment vers les biomolécules et les systèmes d'intérêt atmosphérique et astrophysique. L’un des atouts principaux de ce GDR est la grande richesse des thématiques abordées avec des expertises reconnues tant du point de vue expérimental que théorique. Cette diversité et les intérêts communs des équipes permettent au GDR d'aboutir à un fonctionnement par réseau grâce au financement régulier de collaborations bi- ou multilatérales et en participant à la mutualisation des moyens.

Une autre force du GDR repose sur la formation des doctorants au travers des échanges réalisés lors de collaborations. Ceci se manifestera par une portion importante du budget allouée au financement de collaborations impliquant des doctorants.

Au cours des 4 prochaines années, le GDR organisera des réunions plénières, ateliers et école thématique afin de favoriser notamment la formation pluridisciplinaire des jeunes chercheurs aux interfaces de la physique, de la chimie et des sciences du vivant et de l'Univers. La présentation de ces travaux par les doctorants eux-mêmes sera de plus encouragée lors des réunions plénières.

Thématiques Scientifiques

L’étude des systèmes atomiques et moléculaires en phase gazeuse permet de caractériser au niveau microscopique les mécanismes fondamentaux physiques et chimiques qui interviennent au niveau macroscopique. Les objets d’étude de notre communauté sont centrés sur les systèmes d’intérêts biologique, atmosphérique et astrophysique, et couvrent donc un vaste champ d’applications aux interfaces avec la biologie ou les sciences de l'Univers. Les études portent non seulement sur la caractérisation structurale, les mécanismes d’agrégation et de nucléation des espèces produites en phase gazeuse, mais aussi sur les processus de relaxation d'énergie et de fragmentation induits par une excitation externe.
L'une des caractéristiques du GDR tient dans la complémentarité des approches expérimentales et théoriques développées le plus souvent en collaboration.

Le programme scientifique se décompose en quatre parties principales :

1. Développements expérimentaux et théoriques ;

Notre communauté joue un rôle essentiel et moteur dans le développement d’outils innovants pour caractériser la structure et la dynamique des systèmes moléculaires complexes. Le perfectionnement des sources et des détecteurs, les techniques de piégeage, de refroidissement et de spectrométrie, les spectroscopies optique et vibrationnelle ont permis d'aborder des édifices moléculaires en phase gazeuse chimiquement hétérogènes et de plus en plus grands. Du point de vue théorique, ces avancées ont été parallèlement suivies de progrès dans les domaines de la modélisation et dans le développement d’approches statistiques, l'exploration conformationnelle et la dynamique ab initio étant à présent des outils incontournables à défaut d'être routiniers.

2. Agrégats atomiques et moléculaires : structure, agrégation, fragmentation, dynamique ;

L’étude des propriétés structurales, de réactivité chimique, d’agrégation, de redistribution d’énergie et des processus de fragmentation des agrégats atomiques et moléculaires constitue l'axe historique de notre communauté. Les agrégats sont non seulement étudiés pour leurs propriétés intrinsèques, ils servent également de modèles pour des systèmes plus complexes sur des thématiques liées à la biologie, l’astrophysique et l’environnement.

Des grands thèmes seront abordés :
1. les systèmes d'intérêt atmosphérique et astrophysique
2. les complexes hybrides de biomolécules
3. redistribution de l'énergie : dynamique, relaxation et fragmentation

3. Amas, grains, complexes non-covalents ;

Il s'agira par exemple de comprendre les mécanismes de nucléation et de croissance qui interviennent à l’échelle moléculaire dans les réacteurs chimiques (flammes, plasmas réactifs, aérosols) produisant les suies et grains atmosphériques ou astrophysiques. L’un des enjeux est d’étudier les premières étapes de la croissance dans ces amas, la formation d’un noyau de nucléation nanométrique et la nature chimique des interactions (van der Waals ou formation de liaisons covalentes) agissant sur les entités moléculaires au cours de la nucléation.

Un autre exemple de système supramoléculaire est fourni par les complexes non covalents de molécules biologiques, dans le cadre plus général de la reconnaissance moléculaire spécifique entre un ligand et son récepteur biologique. Ces dernières années, des développements expérimentaux combinant des techniques de spectrométrie de masse et de spectroscopie laser IR et UV, couplés à des développements théoriques en modélisation et en structure électronique, ont permis de caractériser des systèmes biologiques de taille croissante.

4. Systèmes environnés.

La micro solvatation progressive d'agrégats et de biomolécules constitue une ouverture vers la phase condensée, où il s'agira en général d'identifier l'apparition des propriétés en solvant naturel à mesure que le nombre de molécules d'eau augmente à l'unité près. Ces travaux présentent par ailleurs des enjeux importants pour les milieux confinés tels que les poches hydrophobes au niveau de sites actifs de certains récepteurs biologiques. Les méthodes expérimentales et théoriques dont dispose le GDR permettent d'espérer caractériser de manière très détaillée les changements structuraux éventuels induits par le solvant. Dans le cas de petites chaînes peptidiques, l'expertise de la communauté en spectroscopie, chimie quantique et modélisation moléculaire permettra de sonder précisément la structure secondaire ainsi que les interactions intermoléculaires, tout en prenant en compte la température et les effets entropiques.