Spectroscopie THz de molécules atmosphériques : application à l'étude de composés organiques volatils

par Olena Zakharenko

Thèse de doctorat en Optique et Lasers, Physico-Chimie, Atmosphère

Sous la direction de Thérèse Huet et de Roman Motiyenko.


  • Résumé

    Nous présentons des travaux de spectroscopie moléculaire, avec des développements expérimentaux et des analyses à haute résolution de spectres de molécules atmosphériques. Nous avons mis en place et testé une nouvelle chaine de multiplication de fréquences destinée à étendre la gamme du spectromètre THz du laboratoire PhLAM. Les principaux paramètres du spectromètre, tels que la sensibilité, la précision des mesures et la composition harmonique de la source de rayonnement, ont été caractérisés en utilisant les spectres de rotation du formaldéhyde et du monoxyde de carbone. L’analyse étendue de la structure de rotation de HDCO, D2CO et des espèces isotopiques 13C, 17O, 18O, et 13C18O est également présentée. Par ailleurs nous avons étudié le spectre de rotation millimétrique et térahertz de 3 molécules atmosphériques importantes : la méthacroléine et le méthyl vinyl cétone, les produits principaux d’oxydation de l’isoprène, et le nitrite d’éthyle, un produit de combustion des carburants à base de l’alcool et d’oxydation photochimique de composés organiques volatils. Ces molécules complexes sont caractérisées par des différents mouvements de grande amplitude. En particulier la torsion du groupement méthyle a été modélisée à la précision expérimentale pour l’état fondamental et les premiers états excités de vibration pour la méthacroléine et le méthyl vinyl cétone. Nous fournissons ainsi une information indispensable pour l’analyse détaillée des spectres infrarouges enregistrés par la spectroscopie infrarouge à haute résolution, dans les fenêtres atmosphériques.

  • Titre traduit

    THz spectroscopy of atmospheric molecules : application to the studies of the volatile organic compounds


  • Résumé

    We present the molecular spectroscopy results with the experimental developments and the analyses of high resolution spectra of molecules of atmospheric interest. We set up and tested a new frequency multiplication chain intended to extend the range of THz spectrometer in the PhLAM laboratory. The important parameters of the spectrometer, such as sensitivity, measurement precision and harmonic composition of the radiation source, were characterized using the rotational spectra of two simple molecules: formaldehyde and carbon monoxide. The extended analysis of rotational structure of HDCO, D2CO and 13C, 17O, 18O, and 13C18O isotopic species is also presented.Furthermore we studied the millimeterwave and terahertz rotational spectrum of 3 significant atmospheric molecules: methacrolein and methyl vinyl ketone, the main oxidation products of isoprene, and ethyl nitrite, a combustion product of alcohol based fuels and of photochemical oxidation of volatile organic compounds. These complex molecules are characterized by different large amplitude motions. In particular, the methyl group torsion was modeled in the experimental accuracy for the ground and the lowest excited vibrational states for methacrolein and methyl vinyl ketone. We thus provide an essential information for the detailed analysis of infrared spectra, recorded by high-resolution infrared spectroscopy, in the atmospheric windows.


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