Spectroscopie infrarouge lointain et moyen à haute résolution par transformée de Fourier de molécules complexes d'intérêt atmosphérique PDF Download
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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 (ClNO2), le phosgène (Cl2CO) et le nitrate de chlore (ClONO2), 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 Cl2CO, la spectroscopie de ClNO22 et ClONO2 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 ClNO2, 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 ClONO2 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 ClONO2 est actuellement détecté, et in fine permettra d'aboutir à une restitution bien plus précise du profil de concentration de ClONO2. Concernant Cl2CO, 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.
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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 (ClNO2), le phosgène (Cl2CO) et le nitrate de chlore (ClONO2), 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 Cl2CO, la spectroscopie de ClNO22 et ClONO2 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 ClNO2, 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 ClONO2 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 ClONO2 est actuellement détecté, et in fine permettra d'aboutir à une restitution bien plus précise du profil de concentration de ClONO2. Concernant Cl2CO, 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.
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Le travail que je présente est une étude prospective de spectroscopie moléculaire effectuée dans le domaine de l'infrarouge lointain (30-500 cm-1) jusqu’alors très peu étudié en spectroscopie par transformation de Fourier. La mise au point au laboratoire de plusieurs dispositifs expérimentaux a permis d’enregistrer les spectres d’espèces moléculaires (à l’état gazeux) d’intérêts atmosphérique et astrophysique. Les spectres d’absorption et d’émission à haute résolution de molécules légères (cis- trans-HONO, H2O, NH3) obtenus par ces dispositifs apportent de nombreuses informations spectroscopiques. Une partie du manuscrit est consacrée à la présentation de ces spectres ainsi qu' à l’analyse rotationnelle des espèces moléculaires responsables des structures observées. Par la suite, nous avons enregistré les spectres d'émission dans l'infrarouge lointain de six petites molécules Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (PAHs) ainsi que le spectre d'absorption à température ambiante du naphtalène. Ces spectres sont d'un grand intérêt pour les futurs projets astrophysiques. Finalement, une partie de mon travail a été consacrée à la caractérisation expérimentale de la ligne d’extraction du rayonnement synchrotron infrarouge et infrarouge lointain (SIRLOIN-2 au LURE) et à l'utilisation de ce nouveau continuum lumineux pour l'enregistrement de spectres d'absorption à haute résolution.
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Notre travail de thèse avait pour but une meilleure caractérisation des molécules HONO, DONO et CH3CN.L’étude des molécules de HONO et DONO a consisté tout d’abord à l’analyse de leur spectre de rotation pure, observé dans l’infrarouge lointain. Les résultats obtenus ont servi à l’analyse de la bande u1 de DONO et des bandes u5 et u6 de trans-HONO couplées par de fortes interactions de Coriolis. L’ensemble de nos travaux sur HONO et DONO a mené à une prédiction des positions et intensités relatives des raies qui reproduit les spectres observés de manière très satisfaisante pour les régions spectrales situées entre 40 et 150 cm-1 (rotation pure), entre 2350 et 3000 cm-1 pour les bandes u1 de DONO et entre 430 et 620 cm-1 pour les bandes u5 et u6 de trans-HONO respectivement. Nous avons terminé l’étude de HONO et DONO par le calcul des structures à l’équilibre expérimentale et ab initio de trans-HONO. L’originalité de notre travail a été également de combiner les méthodes expérimentales et des calculs quanto-chimiques de haut niveau pour déterminer une structure semi-expérimentale à l’équilibre fiable de la même molécule. L’étude de CH3CN a consisté à produire une prédiction raie par raie des positions et intensités des bandes u8, 2u8, u4 et u7 qui tient compte des interactions de vibration-rotation entre ces bandes dans le domaine spectral de 300 à 400 cm-1 et de 685 à 1200 cm-1 utile à la détection de CH3CN sur Titan.
Author: Nofal Ibrahim Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 240
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La spectroscopie infrarouge à haute résolution est un outil très puissant pour mesurer les concentrations d’un grand nombre de gaz traces atmosphériques et pour caractériser les propriétés physico-chimiques de ces espèces. L’utilisation de lasers accordables permet de balayer de petits intervalles spectraux avec une très haute résolution spectrale et un rapport signal/bruit très élevé. Ainsi, la détermination expérimentale des paramètres de raies par spectroscopie laser complète les informations obtenues par la spectroscopie à transformée de Fourier. Nous avons travaillé dans cette thèse sur la conception et la réalisation de plusieurs spectromètres basés sur des diodes-laser accordables et les applications de ces instruments pour la spectroscopie quantitative d’espèces d’intérêt atmosphérique. Nous avons réalisé quatre études différentes : Une étude pour mesurer les paramètres spectroscopiques (intensités, coefficients d’élargissement) de H2O dans l’infrarouge proche (au voisinage de 820 nm) en utilisant une diode laser à cavité externe (ECDL) et la technique de spectroscopie directe. Une étude d’intercomparaison des coefficients d’absorption de l’ozone entre deux régions spectrales : l’ultraviolet (270-290 nm) et l’infrarouge moyen (à 10 micron). Étude des paramètres spectroscopiques (positions, intensités, et coefficients d’élargissement) et limite de détection de NH3 simultanément par deux techniques différentes (spectroscopie d’absorption directe et spectroscopie photoacoustique) au voisinage de 1550 nm. La première mesure des coefficients d’élargissement par l’air de HO2 par la technique CRDS au voisinage de 1550 nm.
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LA SPECTROSCOPIE INFRAROUGE HAUTE RESOLUTION NOUS A FOURNI L'ESSENTIEL DE NOS CONNAISSANCES SUR LA COMPOSITION CHIMIQUE ET LA STRUCTURE VERTICALE DES ATMOSPHERES DES PLANETES GEANTES (JUPITER, SATURNE, URANUS ET NEPTUNE) ET DE TITAN. LA MOLECULE CH 4 (AVEC L'UN DE SES ISOTOPES, LE CH 3D) EST UN DES CONSTITUANTS PRINCIPAUX DE CES ATMOSPHERES. LES ABSORPTIONS DU METHANE DOMINENT EN EFFET, A DES DEGRES DIVERS, LES SPECTRES DE CES PLANETES ET DE TITAN. UNE MODELISATION PLUS PRECISE DE CES ABSORPTIONS PERMETTRAIT D'AMELIORER LES PROFILS DE CONCENTRATION DE CES MOLECULES AVEC L'ALTITUDE. LA DETERMINATION PRECISE, EN LABORATOIRE, DES PARAMETRES SPECTRAUX DECRIVANT LE PROFIL DES RAIES DE ROTATION-VIBRATION DE CH 4 ET CH 3D A 1.6 ET 5 M, EN FONCTION DE LA TEMPERATURE ET DE LA PRESSION DES GAZ PERTURBATEURS MAJORITAIRES (SOIT H 2 ET HE POUR LES PLANETES GEANTES ET N 2 POUR TITAN), A ETE L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL. LE DEVELOPPEMENT ET L'UTILISATION DE PROGRAMMES D'AJUSTEMENT SIMULTANE DE SPECTRES NOUS A PERMIS DE MESURER CES PARAMETRES AVEC UN GAIN SIGNIFICATIF EN PRECISION ET DES BARRES D'ERREURS PLUS REALISTES PAR RAPPORT AUX TECHNIQUES D'ANALYSES CLASSIQUES. LES SPECTRES DE LABORATOIRE ADAPTES A CETTE ETUDE ONT ETE ENREGISTRES AVEC LES SPECTROMETRES PAR TRANSFORMATION DE FOURIER DE L'OBSERVATOIRE DE KITT PEAK EN ARIZONA ET DU G.S.M.A A REIMS. LES APPLICATIONS DE CE TRAVAIL CONCERNENT LA DETECTION ET LA QUANTIFICATION DE MOLECULES DANS LES ATMOSPHERES DE JUPITER (DISTRIBUTION VERTICALE DE CO) ET SATURNE AINSI QUE L'AMELIORATION DES MESURES DU RAPPORT DEUTERIUM/HYDROGENE (D/H) DANS LE METHANE ATMOSPHERIQUE D'URANUS ET DE NEPTUNE.
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Les molécules d'aziridine, C2H4NH et d'oxirane, C2H40, sont des espèces d'intérêt astrophysique qui pourraient aussi être détectées dans l'atmosphère de Titan. La détection et la quantification de ces molécules dans les atmosphères planétaires nécessitent des études au laboratoire de leurs spectres. En conséquence, ces molécules ont fait l'objet de nombreuses études détaillées en micro-ondes et à basse et moyenne résolution er infrarouge Cependant, très peu d'études concernaient leurs spectres infrarouges à haute résolution. Nous avon donc enregistré des spectres infrarouges à haute résolution des molécules d'aziridine et d'oxirane en utilisant 1 spectromètre par transformée de Fourier du LISA à Créteil. Pour la molécule d'aziridine nous avons d'une par proposé, grâce à de nouveaux calculs ab initio, une nouvelle attribution vibrationnelle de toutes les bandes fondamentales et d'autre part analysé pour la première fois la structure rotationnelle des trois bandes υ8, υ10 et υ17 en utilisant un hamiltonien classique de type Watson. En ce qui concerne la molécule d'oxirane, nous avon d'une part, effectué pour la première fois l'analyse des intensités de raies de la bande υ3, de la diade υ2 , υ10 et de la triade {υ5, υ12 υ15} et d'autre part les premières mesures de coefficients d'auto-élargissement et d'élargissement par N2 des raies de la bande υ3.
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Les observations atmosphériques des espèces bromées montrent que le brome est directement impliqué dans la destruction catalytique de l'ozone. Le bromure de méthyle (CH3Br) a été identifié comme l'espèce contribuant majoritairement au budget global du brome atmosphérique. Le bromure de nitryle (BrNO2) et l'acide hypobromeux (HOBr) sont des molécules dites “réservoirs” qui connectent le cycle de l'ozone à ceux des oxydes halogénés et des oxydes d'azote. Malgré leur importance atmosphérique, peu de données spectroscopiques existent pour ces composés bromés, plus particulièrement dans le cas de BrNO2 qui est une molécule difficile à synthétiser. De plus, les molécules CH3Br, BrNO2 et HOBr sont assez lourdes et présentent des spectres denses et assez compliqués par de nombreuses perturbations, locales ou globales (cas de CH3Br), qui affectent les niveaux de vibration. Il serait donc intéressant de pouvoir suivre in situ l'évolution de leur concentration dans l'atmosphère. Ceci est possible par spectroscopie infrarouge mais à condition de connaître avec précision les positions de raies, leur intensité ainsi que leur coefficient d'élargissement par l'air. Ces informations n'étant pas disponibles pour ces molécules, nous avons décidé dans le cadre de cette thèse de combler ces lacunes. Par ailleurs, cette analyse nous permet également de déterminer les propriétés physico-chimiques de ces molécules (structure, paramètres interactions de vibration-rotation) dont la connaissance est indispensable pour comprendre leur dynamique et réactivité.Dans le présent travail, les deux aspects, d'intérêt atmosphérique et applications à la physique moléculaire sont pris en compte.
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La spectroscopie par transformée de Fourier est l'outil multiplexe de mesure de spectres à haute résolution le plus utilisé dans l'infrarouge. Son extension au domaine Térahertz se révèle de grand intérêt pour la spectroscopie de molécules présentes dans le milieu interstellaire, mais se heurte à différents obstacles : en particulier, aucune source large bande n'est suffisamment intense et stable pour ces applications. Cette thèse présente des développements instrumentaux basés sur l'exploitation du rayonnement synchrotron cohérent (CSR) sur la ligne AILES du synchrotron SOLEIL, optimisée pour l'infrarouge lointain. Les conditions de production du CSR sont étudiées pour les besoins des analyses spectroscopiques à haute résolution ; les performances de cette source sont caractérisées et comparées à celles du rayonnement incohérent. La mise en place d'un système de double détection permet une correction de l'effet des instabilités de la source et une augmentation conséquente du rapport signal-sur-bruit. Ces développements sont appliqués à la mesure de spectres de rotation pure ; une modélisation améliorée du spectre dans l'état fondamental de la molécule de propynal a ainsi pu être faite, prouvant la complémentarité de la source étudiée vis-à-vis des sources micro-onde ou infrarouge classiques.
Author: Anusanth Anantharajah
Author: Anusanth Anantharajah
Author: Olivier Pirali
Author: Alix Dehayem Massop Kamadjeu
Author: Nofal Ibrahim
Author: CHRISTOPHE.. BOUSSIN
Author: Malick Ngom
Author: Fridolin Kwabia Tchana![Spectroscopie infrarouge par transformée de Fourier [microforme] : spectre d'absorption à résolution élevée du phosphure de méthine entre 3148 et 3248 cm↑-↑1 PDF](https://books.google.com/books/content/images/frontcover/YUGgwgEACAAJ?fife=w80-h100)
Author: Bruno Boulanger
Author: Robin Bocquet
Author: Joanna Barros