Caractérisation de perfluorocarbones (CₓFᵧ, PFCs) par spectrométrie de masse et spectroscopie VUV

par Suzie Douix

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Alexandre Giuliani.

Soutenue le 30-11-2018

à l'Université Paris-Saclay (ComUE) , dans le cadre de École doctorale Ondes et matière (Orsay, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec Synchrotron SOLEIL (laboratoire) , Université Paris-Sud (1970-2019) (établissement opérateur d'inscription) et de Institut parisien de chimie moléculaire (laboratoire) .

Le président du jury était Anne Zehnacker-Rentien.

Le jury était composé de Alexandre Giuliani, Anne Zehnacker-Rentien, Martin Schwell, Rodolphe Antoine, Debora Scuderi, Héloïse Dossmann.

Les rapporteurs étaient Martin Schwell, Rodolphe Antoine.

mots clés

• Perfluorocarbones
• Spectrométrie de masse
• Spectroscopie VUV
• Section efficace absolue
• Chimie atmosphérique
• Spectroscopie d'ions
• Hydrocarbures fluorés
• Spectrométrie de masse avec ionisation électrospray
• Spectroscopie ultraviolette sous vide
• Sections efficaces (physique nucléaire)

Résumé

Les composés perfluorés possèdent des propriétés à la fois hydrophobes et lipophobes et sont commercialisés depuis les années 1950. Ils ont été depuis largement utilisés dans de nombreuses applications industrielles. Cependant, il s’agit de composés persistants, bioaccumulatifs, avec de grandes durées de vie atmosphérique. Ces espèces sont considérées comme de puissants gaz à effet de serre, et seraient principalement dégradées par photolyse, dans la haute atmosphère. Un travail de caractérisation physicochimique de deux composés perfluorés, le PFOA et le PFOS, produits de dégradation ultime des composés perfluorés les plus utilisés, a été réalisé. Des expériences de spectroscopie VUV et spectrométrie de masse ont permis d’identifier les voies de relaxation de ces composés après photoactivation. Une méthodologie par couplage rayonnement synchrotron/spectrométrie de masse permettant la mesure de sections efficaces absolues a été développée puis appliquée aux composés d’intérêt. Ces mesures ont ensuite été reliées à leur taux de photolyse et durées de vie atmosphérique selon l’altitude.

mots clés

• Perfluorocarbons
• Mass spectrometry
• VUV spectroscopy
• Absolute cross section
• Atmospheric chemistry
• Ion spectroscopy

Titre traduit

Characterization of perfluorocarbons (CₓFᵧ, PFCs) by mass spectrometry and spectroscopy VUV

Résumé

Perfluorocarbons compounds have both hydrophobic and lipophobic properties. They have been manufactured since the 1950s, and widely used in many industrial applications. However, they are persistent, bioaccumulative compounds with long atmospheric lifetimes. They are considered to be potent greenhouse gases, and are supposed to be mainly degraded by photolysis in the upper atmosphere. A work of physicochemical characterization of two perfluorinated compounds was realized on the PFOA and PFOS. They have been found to be the final compounds of degradation of the majority of perfluororinated compounds. VUV spectroscopy and mass spectrometry experiences have been undertaken to identify their relaxation pathways after photoactivation. A methodology based on the coupling of synchrotron radiation and mass spectrometry was developed to perform absolute cross section measurements and was apply to the compounds of interest. These measurements have been used to determine their photolysis rates and atmospheric lifetimes according to the altitude.