Des réactions photochimiques aux interfaces atmosphériques

Photochemical reactions at atmospherically relevant interfaces

• Auteur / Autrice : Liselotte Tinel
• Direction : Christian George, Stéphane Dumas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 07/12/2015
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (Villeurbanne, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Piva
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Véronique Daële, Anne Monod
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : D. James Donaldson, Marcello Brigante

Mots clés

Mots clés contrôlés

Surfactants

Photosensibilisants

Atmosphère

Photochimie

Mots clés libres

Photochimie

Interface air /eau

Surface microlayer

Atmosphère

Photosensibilisateur

SRI-ToF-MS

Surfactant

Océan

Photochemistry

Air-water interface

Surface microlayer

Atmosphere

Photosensitizer

SRI-ToF-MS

Surfactant

Ocean

Résumé

Les travaux présentés dans cette thèse portent premièrement sur la caractérisation de nouveaux photosensibilisateurs par des méthodes spectroscopiques. Ainsi les cinétiques de la réaction d'oxydation entre deux photosensibilisateurs à l'état triplet, imidazole-2-carboxaldehyde et 6-carboxypterine, et trois halogénures ont été déterminées par photolyse laser. La réactivité de l'état singulet de la 6- carboxypterine avec les halogénures et quatre acides organiques a été étudiée par fluorimétrie. Ces photosensibilisateurs sont relevants pour la photochimie à la surface de l'océan, mais également à la surface des particules atmosphériques. Les réactions mises en évidence mènent à la formation d'espèces radicalaires très réactives, influençant ainsi la composition de la phase condensée et gazeuse de l'environnement marin. La suite de cette étude s'est focalisée sur l'analyse des produits formés à partir de processus photo-induites à interface air-eau en présence d'une microcouche de surface d'un organique, utilisant deux organiques différents, l'octanol et l'acide nonanoique. En présence d'un photosensibilisateur et de lumière UVA, les changements en phase gaz ont été suivi par SRI-ToF-MS en ligne et en phase condensée par UPLC-(ESI)-HRMS. Ainsi on a démontré que la photochimie à la surface mène à la formation de produits fonctionnalisés et insaturés initiée par une abstraction d'hydrogène sur l'organique surfactant. Ces produits, observés en phase condensée et gazeuse, ont le potentiel de contribuer à la formation d'aérosols. Etonnamment, des produits ont également été observés dans les deux phases sans l'ajout d'un photosensibilisateur et montrant une activité photochimique de l'acide nonanoique seul à l'interface air-eau. Les mécanismes potentiels et les conséquences environnementales sont discutés

The works presented in this thesis concern firstly the characterization of two new photosensitizers by spectroscopic methods. This way the kinetics of the oxidation reaction between the triplet state of the photosensitizers, imidazole-2-carboxaldehyde and 6-carboxypterin, and three halides have been determined by laser flash photolysis. Also, the reactivity of the singlet state of 6-carboxypterin with halides and four organic acids has been studied by static fluorimetry. These photosensitizers are relevant for the photochemistry at the surface of the ocean, but also at the surface of atmospheric particles. The reactions evidenced by these studies lead to the formation of very reactive radical species influencing the composition of the condensed and gas phase of the marine environment. This study then focalized on the analysis of the products formed at the organic coated air-water interface through photo-induced processes. Two different organics were used as surfactants, octanol and nonanoic acid. In the presence of a photosensitizer and UVA light, the changes in the gas phase were monitored online by SRI-ToF-MS and in the condensed bulk phase by UPLC-(ESI)-HRMS offline analysis. These analysis showed that photochemical reactions at the interface lead to the formation of functionalized and unsaturated compounds initiated by a hydrogen abstraction on the organic surfactant. These products, observed in the condensed and gas phase have the potential to contribute to the formation of aerosols. Surprisingly, some of these products were also observed in the two phases without the presence of a photosensitizer, bringing into evidence a photochemistry of nonanoic acid at the air-water interface. Potential formation mechanisms of the products and environmental consequences are discussed