Formation des complexes hydratés

Pour étudier les complexes hydratés, on place un bulleur en verre contenant de l’eau avant l’injecteur comme illustré dans la Figure3.8. Un système de chauffage indépendant de celui de l’injecteur est utilisé pour chauffer le bulleur. La température ne doit pas dépasser 45˚C pour avoir des signaux optimisés. D’une part s’il y a beaucoup d’eau dans la ligne je ne pouvais observer aucun signal. La saturation de la cavité par l’eau augmente la température du jet dans la cavité. D’autre part une faible quantité d’eau n’aboutit pas à la formation des complexes, d’où l’importance du chauffage. Les conditions expérimentales peuvent aussi changer d’un jour à un autre, tout dépend de la température de la salle. Il faut aussi noter que l’optimisation de la position de l’injecteur joue un rôle très important. L’injecteur devient beaucoup plus sensible quand on rajoute de l’eau à la ligne, il faut bien choisir la bonne position qui est favorable pour la formation des complexes.

De plus la ligne que j’ai construite comporte une autre ligne isolée qui permet aussi d’étudier en même temps des molécules isolées sans la nécessité de tout démonter. Cette ligne a été construite en mars 2014, elle est toujours utilisée par d’autres personnes, ce qui montre le bon fonctionnement de cette ligne qui va fêter bientôt son 3ème anniversaire.

Figure 3.8 – Schéma de la ligne utilisée pour former les complexes hydratés (molécule)- (H2O)n.

3.3

Conclusion

Le Tableau 3.2 présente les principales caractéristiques du Spectromètre à Impulsion microonde à Transformée de Fourier BioSimo. Couplé à un jet supersonique il a pour avantage : une excellente sensibilité qui permet de détecter des signaux de molécules avec un très faible moment dipolaire permanent et leurs isotopologues 13C (Chapitre 4) ainsi que les complexes hydratés qui sont produits en faible concentration (chapitre 5). Grâce à sa haute résolution en fréquence, on est capable d’observer la structure hyperfine des molécules étudiées. L’accès facile à l’injecteur est un avantage aussi qui nous permet d’augmenter le rapport signal sur bruit en ajustant la position de l’injecteur, avec une ligne fixe pour la formation de complexes.

Région spectral Sensibilité Largeur de raie Précision Trot Fréquence d’injection

1.7-20 GHz 10−10_cm−1 _{15 kHz < 1kHz 1-5 K 0.5-5 Hz}

Tableau 3.2 – Caractéristiques du spectromètre à impulsions microondes BioSimo du laboratoire PhLAM

Chapitre 4

Étude spectroscopique de

monoterpènes et détermination de leur

structure moléculaire.

4.1. INTÉRÊT DE L’ÉTUDE 71

4.1

Intérêt de l’étude

Les composés organiques volatils (COV) sont des molécules composées de carbone, d’oxygène et d’hydrogène. Les COVs forment la majorité des traces gazeuses autres que le dioxyde et le monoxyde de carbone. Les plantes sont une source majeure d’émission de COVs biogénique (COVBs) qui vont jouer un rôle important dans la chimie atmo- sphérique. A part le méthane et l’isoprène (C5H8), une grande quantité de monoterpènes

(C10H16) est émise par les plantes, qui sont considérés comme des polluants atmosphé-

riques [69], [70], [71]. Le flux massique de ces COVs biogéniques est estimée à 1150 TgC/an dont 11 % sont des monoterpènes [72].

Les COVs biogéniques ainsi que leurs produits d’oxydation sont aussi connus pour former des aérosols [73], qui sont des particules liquides ou solides en suspension dans l’air. Ces aérosols jouent un rôle clé dans de nombreux processus environnementaux. En effet, ils affectent le bilan radiatif de la Terre en diffusant le rayonnement solaire et en agissant comme des noyaux de condensation des nuages. Ils participent également à des réactions chimiques hétérogènes dans l’atmosphère, qui affectent la santé humaine [74]. Les informations spectroscopiques sur ces monoterpènes et sur leurs produits de décomposition restent limitées, ce qui nous pousse à les étudier.

Parmi ces monoterpènes de formule chimique (C10H16), on peut trouver l’α-pinène,

le β-pinène, le camphène, et le sabinène (Figure 4.1). Les réactions d’ozonolyse des mo- noterpènes bi-cycliques sont en ce moment un sujet d’étude, notamment en utilisant des calculs de chimie quantique. Récemment, ce mécanisme de réaction a été théoriquement étudié par Oliveira et Bauerfeldt sur les quatre monoterpènes déjà cités [75]. La pre- mière étape de la réaction est le mécanisme Criegee, qui est la cyclo-addition de l’ozone sur la double liaison de ces espèces insaturées. Une bonne connaissance de la structure de ces monoterpènes est un pré-requis pour modéliser leur cinétique. Ce travail vise à étudier par spectroscopie microonde ces monoterpènes d’intérêt atmosphérique afin de les caractériser en déterminant les jeux de constantes de rotation de chacune, et ainsi de déterminer leurs structures moléculaires qui peuvent être des points de départ pour l’étude d’ozonolyse par chimie quantique.

Dans ce chapitre nous présentons les résultats obtenus durant ma thèse, de l’étude en phase gazeuse par spectroscopie microonde à transformée de Fourier couplée à un jet supersonique de trois monoterpènes parmi les quatre cités : le camphène, l’α-pinène et le β-pinène. Tout d’abord, nous avons fait des calculs de chimique quantiques pour optimiser la structure géométrique à l’équilibre de ces molécules. Cela nous permet d’avoir un jeu de constantes qui va guider la recherche des fréquences des transitions. L’étape suivante est d’utiliser le spectromètre microonde pour observer les transitions (spectre) de la molécule étudiée. Par la suite on analyse ce spectre pour déterminer le jeu de paramètre de l’état

Figure 4.1 – La structure à deux dimensions de quatre monoterpènes émis dans l’atmo- sphère.

fondamental. Pour déterminer la structure de chacune de ces molécules, il faut avoir les jeux de paramètres de ses isotopologues. Le défi dans cette étude est d’aller chercher les signaux des13_{C en abondance naturelle pour des molécules qui ont un moment dipolaire}

inférieur à 0.7 D.