Caracterization, microsolvation and reactivity of aerosol precursors by microonde and infrared spectroscopy and quantum calculations
Caractérisation, microsolvatation et réactivité de précurseurs d'aérosols par spectroscopie microonde, infrarouge et calculs quantiques
Résumé
Volatile organic compounds (VOCs), in particular polycyclic aromatic compounds (PACs) and their derivatives, are molecules emitted into the atmosphere by various human activities, in particular during incomplete combustion processes and secondary reactions involving PACs. Some VOCs are known to be precursors of secondary organic aerosols (SOAs).Aerosols have attracted growing interest in recent decades because of their impact on climate and human health. They can alter the physico-chemical properties of the atmosphere, have harmful effects on human health and contribute to climate change. In addition, factors such as humidity and the nature of the precursors influence SOAs production. The abundant presence of water in the atmosphere under various conditions, making it one of the major solvents, suggests that the process of microsolvatation, where water molecules associate with molecules of interest, is highly probable. To understand the formation of SOAs and the mechanisms associated with them, it is essential to explore the hydration of precursors. The molecular structure of compounds plays a crucial role in inter- and intra-molecular forces, which requires information on molecular structure in the gas phase to predict possible reactions and the formation of complexes and aggregates.Fourier transform microwave spectroscopy (FTMW), combined with quantum chemical calculations, is an effective approach for studying molecular systems such as VOCs and exploring their intra- and inter-molecular interactions. This approach, which combines theory and experiment, makes it possible to characterize and model the conformational landscape, structure and internal dynamics of various molecules, including those of atmospheric interest and their complexes.In this thesis, this approach has been used to characterize the hydrated complexes of a PAC, naphthaldehyde (C11H8O). The most stable conformations have been identified using quantum chemistry calculations, highlighting the structural preference and energies involved in the microsolvation process. The planarity of the structures was also an important point in this study, combining experiment and simulation.The second part of this thesis concerns the development of a pulsed discharge injector for the laboratory study of open-layer species. A description of the current state of the device and the results obtained to date are provided.
Les composés organiques volatils (COV), en particulier les composés aromatiques polycycliques (CAP) et leurs dérivés, sont des molécules émises dans l'atmosphère par diverses activités humaines, notamment lors de processus de combustion incomplète et de réactions secondaires impliquant les CAP. Certains COV sont connus comme étant des précurseurs d'aérosols organiques secondaires (SOA).Les aérosols ont suscité un intérêt croissant au cours des dernières décennies en raison de leur impact sur le climat et la santé humaine. Ils peuvent altérer les propriétés physico-chimiques de l'atmosphère, avoir des effets néfastes sur la santé humaine en plus de contribuer aux changements climatiques. De plus, des facteurs tels que l'humidité et la nature des précurseurs influencent la production des SOA. La présence abondante de l'eau dans l'atmosphère sous diverses formes, faisant d'elle l'un des solvants majeurs, suggère que le processus de microsolvatation, où les molécules d'eau s'associent aux molécules d'intérêt, est fortement probable. Pour comprendre la formation des SOA et les mécanismes qui y sont associés, il est essentiel d'explorer l'hydratation des précurseurs. La structure moléculaire des composés joue un rôle crucial dans les forces inter- et intra-moléculaires, ce qui nécessite des informations sur la structure moléculaire en phase gazeuse pour prédire les réactions possibles et la formation de complexes et d'agrégats.La spectroscopie à impulsions microondes (SIMO), combinée aux calculs de chimie quantique, est une approche efficace pour étudier les systèmes moléculaires tels que les COV et explorer leurs interactions intra- et inter-moléculaires. Cette approche, qui associe la théorie à l'expérience, permet de caractériser et de modéliser le paysage conformationnel, la structure et la dynamique interne de diverses molécules, y compris celles d'intérêt atmosphérique et leurs complexes.Dans le cadre de cette thèse, nous avons utilisé cette approche pour caractériser les complexes hydratés d'un CAP, le naphthaldéhyde (C11H8O). Nous avons identifié les conformations les plus stables à l'aide de calculs de chimie quantique, mettant en évidence les préférences structurales et les énergies impliquées dans le processus de microsolvatation. La planarité des structures a également été un point important de cette étude en alliant expérience et simulation.La deuxième partie de cette thèse concerne le développement d'un injecteur pulsé à décharge pour l'étude en laboratoire d'espèces à couche ouverte. Une description de l'état actuel du dispositif ainsi que les résultats obtenus jusqu'à présent sont exposés.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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