Spectroscopie infrarouge lointain et moyen à haute résolution par transformée de Fourier de molécules complexes d'intérêt atmosphérique : ClNO¿, Cl¿CO et ClONO¿
High-resolution far- and mid-infrared Fourier transform spectroscopy of complex molecules of atmospheric interest : ClNO¿, Cl¿CO and ClONO¿
par Anusanth ANANTHARAJAH sous la direction de Fridolin KWABIA TCHANA
Thèse de doctorat en Chimie. Chimie de la pollution atmosphérique et physique de l¿environnement
ED 129 Sciences de l'environnement d'Île-de-France

Soutenue le jeudi 10 décembre 2020 à Université Paris Cité

Sujets
  • Atmosphère
  • Fourier, Spectroscopie infrarouge à transformée de
  • Phosgène
  • Rayonnement synchrotron
  • Satellites artificiels en télédétection
  • Spectrophotométrie IR
  • Spectroscopie d'absorption

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Mots clés
Spectroscopie à TF à haute résolution, Rayonnement synchrotron, Absorption infrarouge, Atmosphère terrestre, Télédétection satellitaire, Positions et intensités de raies, Sections efficaces d'absorption, ClNO¿, Cl¿CO, ClONO¿
Resumé
La mesure des concentrations d'espèces à l'état de trace, susceptibles d'avoir un impact notable sur la santé, le climat ou la stabilité de la couche d'ozone constitue un véritable défi. Les prochaines missions spatiales, prévues à haute sensibilité, apporteront un progrès si et seulement si les paramètres spectraux nécessaires sont disponibles. Pour certaines espèces d'intérêt atmosphérique telles que le chlorure de nitryle (ClNO¿), le phosgène (Cl¿CO) et le nitrate de chlore (ClONO¿), les données spectroscopiques sont incomplètes ou quasiment inexistantes. Le défi dans cette thèse consiste à obtenir des paramètres spectroscopiques (positions et intensités de raies ou sections efficaces d'absorption) pour ces espèces, en vue des applications atmosphériques. Cependant, hormis Cl¿CO, la spectroscopie de ClNO¿¿ et ClONO¿ est rendue difficile par leur synthèse chimique très complexe, leur réactivité avec les métaux et les matériaux organiques et leur instabilité en présence de lumière et chaleur. De plus, ces molécules sont assez lourdes (présence du chlore avec ses deux isotopomères) et présentent des spectres denses et assez compliqués par de nombreuses perturbations qui affectent les niveaux de vibration-rotation.Dans le cas de ClNO¿, des spectres ont été enregistrés dans la gamme 300 - 900 cm-1 avec de meilleures conditions expérimentales (haute résolution, basse température, long parcours, faible pression) en utilisant le rayonnement synchrotron de la ligne AILES à SOLEIL. Des modélisations précises des régions à 370 et 790 cm-1 ont été effectuées. Ces régions pourront être exploitées pour une future télédétection atmosphérique par spectroscopie IRTF respectivement par les instruments FORUM et IASI-NG. Les vibrations de basse énergie de ClONO¿ jamais observées à haute résolution avant ce travail ont également été mesurées. Une première modélisation de la région de la torsion vers 120 cm-1 est présentée dans cette thèse. L'analyse de ces vibrations sera utile pour modéliser les bandes chaudes dans les fenêtres atmosphériques où ClONO¿ est actuellement détecté, et in fine permettra d'aboutir à une restitution bien plus précise du profil de concentration de ClONO¿. Concernant Cl¿CO, des sections efficaces ont été mesurées au LISA, d'une part, à température ambiante pour clarifier les données des travaux antérieurs et, d'autre part, dans les conditions stratosphériques en soutien à la télédétection satellitaire.