Collisions électroniques : approches théoriques et applications dans la fusion et l'exploration spatiale

Les intéractions entre électrons et ions moléculaires régissent de nombreux processus fondamentaux dans les milieux ionisés : régions de bord et diverteur des réacteurs à fusion, zones de choc lors des rentrées atmosphériques, systèmes de propulsion électrique, milieu interstellaire (ISM), atmosphères planétaires ou encore plasmas industriels. Une compréhension détaillée de ces interactions est indispensable pour modéliser avec précision la réactivité chimique et les mécanismes de transfert d’énergie dans de tels environnements. Cette thèse porte sur les collisions réactives entre électrons et cations moléculaires, en particulier la recombinaison dissociative (DR), les transitions (ro-)vibrationnelles (VT/RVT) et l’excitation dissociative (DE). Ces processus sont étudiés via l’approche étape-par-étape de la théorie du défaut quantique multivoies (SW-MQDT), qui offre un cadre robuste pour modéliser les interactions électron–molécule à plusieurs canaux d’entrée et sortie sur un large domaine énergétique. Le formalisme MQDT est couplé à des calculs de structure électronique avancés et à des calculs de diffusion électronique, permettant de caractériser les états électroniques impliqués, en particulier leurs courbes d’énergie potentielle et les couplages non adiabatiques. Plusieurs ions moléculaires diatomiques sont étudiés. Pour les plasmas de fusion, les isotopes BeH+, BeD+ et BeT+ sont analysés, et des sections efficaces état-à-état ainsi que des vitesses de réaction sont fournies pour la DR, la VT et la DE, jusqu’à de hautes énergies. Dans le cas de NeH+, nous fournissons une caractérisation complète de la structure électronique du neutre NeH : courbes d’énergie potentielle, niveaux vibrationnels et couplages non adiabatiques. Au-delà du jeu de données moléculaires, nous rapportons des sections efficaces de recombinaison dissociative à basse énergie ainsi que des vitesses de réaction anisotropes et isotropes Maxwelliennes. La section efficace totale moyenne calculée présente un bon accord avec les mesures sur anneau de stockage, et les vitesses de réaction thermiques de DR modérément élevées permettent d'expliquer la non-détection de NeH+ en milieux astrophysiques. Pour l’astrophysique et l’Univers primordial, les processus de DR et VT/RVT à basse énergie sont étudiés pour NS+, H2+ et HD+. Ce travail fournit des sections efficaces et des vitesses de réaction de haute précision pour la DR, la VT/RVT et la DE de tous les ions considérés. Ces données peuvent être intégrées aux simulations de plasmas de fusion et aux modèles cinétiques astro-chimiques, améliorant notre capacité à décrire et prédire l’évolution des environnements ionisés dans une grande variété de conditions physiques.