Sabath BTEICH

Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules (PhLAM)

15 Decembre 2017, 10:45, Amphi P. Glorieux (CERLA)

 

Résumé (FR)

Caractérisation de précurseurs d’aérosols et leurs hydrates par spectroscopie microonde, infrarouge et calculs de chimie quantique

La formation des aérosols dans l’atmosphère suit des processus complexes. La spectroscopie de rotation couplée à des calculs de chimie quantique permet de caractériser et de modéliser en laboratoire les propriétés physico-chimiques des précurseurs gazeux, à l’échelle moléculaire. L’objectif de ce travail est de comprendre le processus d’hydratation et de dimérisation.

Dans ce contexte, nous avons d’abord étudié la molécule de méthyleglyoxal qui est un précurseur d’aérosols organiques secondaires. Les spectres de rotation centimétrique et millimétrique ont été enregistrés et analysés. Nous avons mis en évidence et modélisé à la précision expérimentale le mouvement de grande amplitude associé à la rotation interne du groupe méthyle, dans l’état fondamental. Ensuite nous avons enregistré le spectre de rotation de cette même molécule en présence d’eau avec un spectromètre à impulsions microondes couplé à un jet supersonique.  Deux monohydrates du méthyle glyoxal ont été observés. Avec le support de calculs de structure (effectués ab initio et avec la méthode de la fonctionnelle de densité) nous avons déterminé la position des sites de microsolvatation – sur la fonction cétone - et l’énergie d’hydratation. Nous avons également observé et caractérisé des produits de dégradation (diol et tétrol).

La dernière partie de la thèse a été consacrée à l’étude du dimère cyclique de l’acide formique. Cette molécule, abondante dans l’atmosphère, a été étudiée par spectroscopie infrarouge. Nous avons enregistré six bandes rovibrationnelles à haute résolution sur le dispositif JetAILES au synchrotron SOLEIL. La brillance du rayonnement a permis d’observer en particulier la bande fondamentale n24-0 dans l’infrarouge lointain. Le spectre a révélé la présence d’un mouvement de grande amplitude associé à l’échange de protons, ce qui rend l’analyse des spectres très complexe. Des résultats préliminaires et encourageants ont été obtenus.

Directeurs de thèse : Mme T. Huet (PR U. Lille), Mr M. Goubet (MCF U. Lille, co-encadrant)
Rapporteurs : I. Kleiner (DR CNRS/U. Paris 12), Mr V. Boudon (DR CNRS/U. Bourgogne Franche-Comté)

Examinateurs : Mme P. Soulard (CR CNRS/U. Paris 6), Mr A. Cuisset (PR ULCO)

 


Abstract (EN)

Study of aerosols precursors and their hydrates from microwave and infrared spectroscopy supported by quantum chemistry calculations

The formation of aerosols in the atmosphere follows very complex chemical processes that have not been clarified so far. To facilitate atmospheric studies, laboratory spectroscopy at the molecular level is a tool of choice.
In this context, we have combined quantum chemistry calculations with molecular high resolution spectroscopy in order to study the structures of trans − methylglyoxal: a possible precursor of secondary organic aerosols AOS. This study allows, in a first step, to record and model the rotation spectra of the isolated molecule CH3COCHO.Evently, it allows to generate useful set of spectroscopic ground state parameters for the Infrared study that covers the atmospheric spectral range. In a second step, the same study can be applied to the molecule in the presence of the water in order to specify the position of the hydration sites (CH3COCHO-H2O) as well as the degradation products (gemi−diol and tetrol). These data are very useful for the quantification of molecules for the simulations of the phenomena such as nucleation. These molecules have in their structures the methyl group. Therefore, a large amplitude motion, the internal rotation of the methyl group, leads to a splitting of the lines. The spectrum modeling in this case is done with specific codes in order to reproduce their spectra at experimental accuracy and to determine a set of spectroscopic parameters with very high precision.

The second part consists in studying the dimer of the simple carboxylic acid (formic acid dimer) (HCOOH)2 known for its abundance. This centro-symmetric molecule does not possess a spectrum of rotation. In this manuscript, we analyze the rovibrational spectrum recorded at high resolution by means of the Jet−AKLES dq}ipment coupled to infrared light AILES of synchrotron (Soleil). This molecule also exhibits a large amplitude motion (proton exchange) which makes the analysis of spectra more complex.

Thesis supervisor(s): Thérèse Huet – Manuel Goubet
Referees: Vincent Boudon – Isabelle Kleiner
Examiners: Arnaud Cuisset – Pascale Soulard

 

date: 
Vendredi, 15 Décembre, 2017 - 10:45
descriptif etiquette: 
PhLAM Université de Lille Sciences et Technologies