Thèse soutenue

Etudes théoriques et expérimentales des interactions du formaldéhyde avec l’eau

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Auteur / Autrice : Pauline Delcroix
Direction : Bertrand ChazallonBenjamin Hanoune
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Optique et Lasers, Physico-Chimie, Atmosphère
Date : Soutenance le 13/12/2013
Etablissement(s) : Lille 1
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : PhysicoChimie des Processus de Combustion et de l’Atmosphère (PC2A)

Résumé

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L'objet de cette thèse est l'étude des interactions du formaldéhyde avec l'eau, système qui possède à la fois un intérêt fondamental et des applications dans les domaines de la chimie atmosphérique et de l'astrochimie. Nous avons déterminé par spectroscopie d'absorption infrarouge la constante de Henry du formaldéhyde, qualifiant sa solubilité dans l'eau ou la glace, pour des solutions aqueuses de fraction molaire inférieure à 1%, et des températures entre 270 et 295 K, représentantes des conditions atmosphériques.La composition de ces solutions a été étudiée par calorimétrie différentielle à balayage, diffraction des rayons X et spectroscopie Raman pour différentes concentrations (1-30 % en mol. frac.) et températures (183-453 K). L'analyse des solutions gelées a montré différentes phases cristallines selon les conditions expérimentales. Nous avons fait la première observation, par spectroscopie Raman, du formaldéhyde en phase liquide sous sa forme H2CO, pour des températures supérieures à 363 K.Le mécanisme d'hydratation de formaldéhyde en méthylène glycol CH2(OH)2 a été étudié par calculs ab initio dans les phases gazeuse et liquide. Un mécanisme coopératif a été mis en évidence et les effets de l'ajout de molécules d'eau autour du soluté sur les géométries et les énergies ont été analysés. Des simulations de dynamique moléculaire ab initio ont été réalisées pour étudier les systèmes comprenant des molécules d'eau et de méthylène glycol ou de H(CH2O)2OH, à 300 K. Les structures préférentielles des solutés et les effets de polarisation dus à l'interaction du soluté avec le solvant ont été déterminés. Les spectres Raman calculés ont été comparés aux expérimentaux.