Étude spectroscopique de terpènes d’intéret atmosphérique, de leurs produits d’oxydation et des hydrates associés

Elias NEEMAN

Docteur en Physique
Thèse soutenue le 1^er décembre 2017
Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules, UMR8523 (PhLAM)

Titre et résumé de thèse

Étude spectroscopique de terpènes d’intéret atmosphérique, de leurs produits d’oxydation et des hydrates associés

La spectroscopie à impulsions microondes à transformée de Fourier couplée à un jet moléculaire, une fois combinée aux calculs de chimie quantique, sont des outils performants pour étudier la structure moléculaire et le paysage conformationnel des molécules en phase gazeuse, isolées ou en petits agrégats.

Nous avons étudié des molécules d’intéret atmosphérique, connues comme étant des précurseurs d’aérosols, à savoir des monoterpènes (C₁₀H₁₆), leurs produits d’oxydation et leurs hydrates.
Pour le camphène, le β-pinène et l’α-pinène, trois bicycles, nous avons enregistré et analysé leur spectre de rotation pure, ainsi que ceux de leurs isotopologues ¹³C. Nous avons ensuite déterminé leur structure moléculaire en phase gazeuse, avec l’appui de calculs ab initio et DFT.

Nous avons ensuite caractérisé le paysage conformationnel et le spectre de rotation pure de deux monoterpènes oxygénés, la nopinone (C₉H₁₄O) et le fenchol (C₁₀H₁₈O). Nous avons montré que la structure de la nopinone, un produit d’oxydation du β-pinène, garde une géométrie très proche de celle de ce dernier. Pour le fenchol, les conformères les plus stables des deux stéréoisomères endo- et exo- ont été mis en évidence et caractérisés.

La deuxième partie de la thèse a été consacrée à l’étude d’hydrates de la nopinone et du fenchol. Grâce à une instrumentation au meilleur état de l’art, nous avons pu mettre en évidence les premières étapes de la microsolvatation de ces molécules. Nous avons observé et caractérisé les mono-, di- et trihydrates les plus stables, avec l’appui de calculs de chimie quantique. Les sites d’hydratation diffèrent selon la fonction (cétone ou alcool) de la molécule.

Mots-clés : terpènes-oxydation, hydratation, analyse conformationnelle, spectroscopie moléculaire, méthode ab initio, fonctionnelles densités, structure moléculaire, aérosol atmosphérique-composition- précurseurs.

Laboratoire : PhLAM (Physique des Lasers, Atomes et Molécules, UMR8523)

Financement : Université Lille1 – Labex CaPPA

Directrice de thèse : Prof. Thérèse HUET (Univ. Lille 1)

Rapporteurs : Dr Pierre ASSELIN (CNRS / UPMC) et Dr Isabelle KLEINER (CNRS / Univ. Paris 12)

Examinateurs : Dr Pascal DRÉAN (Univ. Lille 1), Prof. Denis PETITPREZ (Univ. Lille 1) et Dr Olivier PIRALI (CNRS / Univ. Paris 11)