Photolyse laser couplée à une détection par LIF et cw-CRDS : application à des études spectroscopiques et cinétiques de OH, HO2 et HONO

Laser photolysis coupled to detection by LIF and cw-CRDS : application to spectroscopic and kinetic studies of OH, HO2 and HONO

• Auteur / Autrice : Chaithanya D. Jain
• Direction : Christa Fittschen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique, Laser, Physico-Chimie, Atmosphère
• Date : Soutenance le 20/10/2011
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photolyse éclair

Fluorescence induite par laser

Hydroxyle

Radicaux (chimie)

Chimie de l'atmosphère

Mots clés libres

Hydropéroxyle

Spectroscopie CRDS

Photolyse laser

Résumé

Les radicaux OH et HO2 jouent un rôle essentiel dans beaucoup de processus d'oxydation dans l'atmosphère. La dégradation d’espèces chimiques dans les conditions troposphériques est généralement initiée par la réaction avec les radicaux OH, suivie par la réaction avec l'oxygène. Dans le cadre de cette thèse, deux techniques optiques de détection d’OH et HO2 ont été appliquée à des études cinétiques et spectroscopiques. Pour cela, nous utilisons un système expérimental de photolyse laser couplée à des techniques de détection par continuous wave Cavity Ring-Down Spectroscopy (cw-CRDS, pour HO2) et Fluorescence Induite par Laser (FIL, pour OH). Ce couplage permet de mesurer les cinétiques des radicaux OH et HO2 simultanément, résolues dans le temps pour l’étude des mécanismes réactionnels. Différents systèmes chimiques ont été étudiés en utilisant ce dispositif expérimental: 1) les cinétiques de la réaction d'OH avec CH3OH et CD3OD, 2) le rendement de HO2 dans l’oxydation de SO2 initiée par OH et 3) la formation des radicaux HO2 par photoexcitation (à 248 nm) de différents hydrocarbures aromatiques (benzène, toluène, xylene et triméthyl benzène) en présence d’oxygène. Des applications spectroscopiques de la cw-CRDS pour mesurer les sections efficaces de H2O2, HONO, HO2 et DO2 dans le proche Infrarouge ont également été réalisées.

OH and HO2 radicals play a vital role in many oxidation processes in the atmosphere. The degradation of volatile organic compounds under tropospheric conditions is generally induced by the reaction with hydroxyl radicals, followed by reaction with oxygen. This thesis involved the study of the mechanisms and reaction pathways of some of these reactions using an experimental system of laser photolysis coupled to Laser Induced Fluorescence (LIF, for OH) and continuous wave Cavity Ring-Down Spectroscopy (cw-CRDS, for HO2) detection techniques. The coupling of these detection techniques allowed studying the simultaneous, time resolved kinetics of OH and HO2 radicals and spectroscopic measurements for different species by the cw-CRDS technique. Different chemical systems studied using the above experimental technique include: 1) kinetics of the reaction of OH radicals with CH3OH and CD3OD, 2) HO2 yield in the OH-initiated oxidation of SO2, 3) an energy dependence study on the direct formation of HO2 radicals from the photoexcitation (at 248 nm) of various aromatic hydrocarbons (benzene, toluene, xylene or mesitylene) in the presence of oxygen. In addition the spectroscopic applications of the cw-CRDS technique have been used to measure the absorption cross-sections of selected absorption lines of H2O2, HONO, HO2 and DO2 in the near infrared region.