Modélisation de l'adsorption sur des particules solides dans l'atmosphère PDF Download

Author: György Hantal
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Book Description
Depuis une dizaine d’années, une attention croissante a été prêtée à l’influencedes particules solides dans l’atmosphère. Les particules solides les plus abondantes dans l’atmosphère sont celles de glace et de suie. Leurs impacts sur l’atmosphère sont très probablement assez complexes : D’une part, ces particules peuvent modifier la composition de la phase gaz par l’adsorption de différentes espèces ; et d’autre part, elle peuvent également induire une réactivité hétérogène différente de la réactivité observée en phase gaz. Étant donné que les processus atmosphériques sont très difficilement observables, les méthodes théoriques peuvent servir à mieux lescaractériser. La recherche effectuée dans le cadre de ma thèse s’est concentrée autour de trois sujets principaux. Le premier concerne l’adsorption des composants organiques volatile sur la glace qui a été modélisée par la méthode Monte Carlo Grand Canonique (GCMC). Cette méthode de simulation permet d’obtenir directement l’isotherme d’adsorption d’espèces gazeuses sur la glace en variant leur potentiel chimique. J’aiutilisé cette méthode pour simuler l’adsorption de l’acétone, l’acide formique et le benzaldéhyde sur la surface de glace. L’excellent accord obtenu entre nos résultats et ceux des expériences montre toute la pertinence de l’approche théorique utilisée. De plus, les détails moléculaires de l’adsorption de ces trois composants ont été déterminés tels que les distributions d’énergie d’interaction des adsorbats ainsi que leurs positions et orientations préférentielles sur la surface de glace. Les résultats nous permettent donc d’interpréter complètement les différents mécanismes des processus d’ adsorption sur la glace. La deuxième partie de mon travail est l’étude de l’adsorption de l’eau sur les particules de suie. Les particules de suie ont été modélisées par les molécules de fullerène empilées les unes sur les autres et contenant des trous modélisant les défauts de la surface. La structure de ces particules de suie a été optimisée en condition réactive par le potentiel AIREBO. Puis, j’ai déterminé les isothermes d’adsorption de l’eau sur ces particules par la méthode GCMC. Mes résultats montrent que les propriétés morphologiques (la taille et la forme) de la cavité présente dans des particules jouent un rôle important dans les processus d’adsorption : Plus la cavité est sphérique plus l’adsorption est efficace. La présence des groupements chimiques oxygénés dans la cavité ne change pas la quantité totale des molécules d’eau qui peuvent être piégées dans les cavités, mais elle peut induire une affinité plus élevée des molécules d’eau pour la suie à très basse pression. Le troisième sujet est dédié à la réactivité des particules de suie dans l’atmosphère. Leur influence sur la réaction d’oxydation des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) par le radical OH a été étudiée en la comparant avec l’oxydation ayant lieu en phase gaz. Pour étudier des systèmes contenant un grand nombre d’atomes de carbone comme la suie et les HAP un nouveau modèle (cinétique et statistique) a été développée et appliquée pour l’oxydation du benzène, naphtalène et anthracène. Les énergies d’interaction ont été calculées par la méthode SE-D qui permet une description non-couteuse et raisonnablement précise des interactions suie–HAP et HAP–OH. Les résultats montrent que sur une surface parfaite carbonée la réactivité des HAP vis-à-vis du radical OH ne change pas significativement en phase adsorbée par rapport à la phase gaz.