Les ions moléculaires sont observés dans la plupart des milieux ionisés naturels ou artificiels. Ils y subissent des interactions complexes avec les autres éléments présents et, parmi ceux-ci, les électrons jouent un rôle dominant qui se manifeste fréquemment par la dissociation de la molécule, c’est-à-dire la cassure d’une liaison moléculaire. A très basse énergie (Ee<1eV), l’électron incident peut exciter un état électronique de l’ion moléculaire en même temps qu’il est lui-même capturé. La molécule neutre ainsi formée évolue généralement par la dissociation qui distribue l’énergie potentielle sous forme d’énergie cinétique aux éléments neutres produits. Ce processus de «recombinaison dissociative» transforme donc sensiblement la distribution de charges dans le plasma. A partir de quelques eV, l’électron incident possède assez d’énergie pour exciter directement l’ion moléculaire qui peut évoluer ensuite par dissociation. Au-dessus d’environ 15eV, l’électron incident peut ioniser la cible, menant ainsi à la formation d’ions moléculaires doublement chargés qui subissent alors l’explosion coulombienne. Ces processus d’excitation et d’ionisation dissociative mènent donc à la formation de fragments neutres et ionisés qui emportent sous forme d’énergie cinétique le trop plein d’énergie déposée par l’électron dans la cible.
Les expériences d’excitation et d’ionisation dissociative sont menées dans un dispositif en faisceaux croisés d’ions et d’électrons permettant de couvrir une gamme d’énergie de collision qui s’étend de quelques eV jusque 2500 eV, autorisant ainsi l’observation détaillée des processus mentionnés. L’objectif est d’abord de déterminer les valeurs absolues des sections efficaces de ces processus et ce, pour chacun des fragments ioniques détectés. Dans un tel dispositif, les distributions d’énergie cinétiques des fragments de dissociation observées dans le laboratoire reflètent aussi la distribution d’énergie cinétique dans le centre de masse du système. Le dispositif expérimental est muni d’un aimant d’analyse permettant d’observer ces distributions qui donnent une image des états excités responsables de la dissociation de la cible.
La plupart des espèces étudiées sont des petites molécules d’intérêt atmosphérique ou thermonucléaire, composées principalement d’hydrogène, de carbone, d’azote, d’oxygène et de gaz rares. De plus, le rôle de la substitution de l’hydrogène par son isotope le deutérium est particulièrement étudié, en raison de son importance, notamment dans les plasmas de fusion thermonucléaire. Les expériences confirment que le seuil de réaction des états intermédiaires est un élément dominant de l’interprétation des résultats. Pour les cibles complexes, la dynamique de la dissociation montre que c’est généralement l’émission du fragment le plus léger qui est favorisé. Des exemples seront présentés parmi les plus caractéristiques de ceux qui ont été étudiés récemment, H3+, H2O+ et leurs isotopologues.