CHOUAIB Zahraa : Etude Théorique de l'activité de surface et de la réactivité des aerosols d'organosulfates
Résumé de thèse : L’impact environnemental des composés atmosphériques est un sujet d’intérêt majeur pour les scientifiques aussi bien que pour le grand public et les décideurs. Parmi ceux-ci, les composés sulfurés constituent une parte importante des aérosols atmosphériques et des gouttelettes des nuages. Les effets sur le climat et la santé des molécules inorganiques telles que les sulfates sont bien connus. En revanche, le destin et l’impact environnemental de leurs dérivés organiques, dont les propriétés et toxicité peuvent être très différentes de leur contrepartie inorganique, restent largement mal connus. Parmi eux, les organosulfates (OS) constituent une composante majeure qui peuvent jouer un rôle important dans les propriétés des aérosols et des gouttelettes (1). Il est donc crucial de mieux comprendre ces composés. A ce jour, même si leurs mécanismes de formation ont été élucidés, leurs voies de transformation restent largement inexplorées. Afin de combler ces lacunes, nous proposons d’étudier par des méthodes théoriques la réactivité hétérogène et l’activité de surface de ce type de composés.
Par ailleurs, lorsqu’elles sont situées à la surface d’aérosols aqueux, les molécules organiques peuvent notamment contribuer à la formation de noyaux de condensation des nuages (CCN) et sont impliquées dans la réactivité hétérogène. Des simulations de dynamique moléculaire seront conduites pour estimer la tension de surface des OS à la surface de particules aqueuses. De plus, la réactivité sera modélisée au moyen des méthodes de chimie quantique.
(1) Xu, R., Ge, Y., Kwong, K. C., Poon, H. Y., Wilson, K. R., Yu, J. Z., Chan, M. N.* (2020) “Inorganic Sulfur Species formed upon Heterogeneous OH Oxidation of Organosulfates: A Case Study of Methyl Sulfate”, ACS Earth and Space Chemistry, 4, 2041–2049
Doctorante : CHOUAIB Zahraa - LinkedIn
Directeur(s) de thèse : TOUBIN Céline - DUFLOT Denis
Résumé de thèse :
Surface Active Organic Compounds (SAOCs) are preferentially adsorbed at the surface and are more exposed to incoming radicals and gaseous compounds. Significant efforts have been conducted to understand the role of these molecules in atmospheric processes, such as the formation of cloud condensation nuclei. However, less attention has been given to the impact of SAOCs on freezing processes. The present study is motivated by nanodroplet freezing experiments [1,2] that invoked different partitioning of alcohols between the surface and the bulk. Here, classical molecular dynamics simulations have been performed to investigate the surface behavior of linear and branched alcohol isomers with different chain lengths, specifically 1-pentanol and 3- hexanol, and their impact on freezing. The results reveal a reduction in surface tension caused by the presence of the alcohol molecules at the interface. Moreover, as temperature decreases by approximately 50 K (283 K ® 192 K), surface tension increases and the solubility of both 3-hexanol and 1-pentanol increases. Furthermore, we used GaTewAY [3], a software that employs graph-theory-based methods to interpret and post-process molecular dynamics trajectories, specifically focusing on 2D-molecular graphs constructed from the H-bonds existing between molecules. Results demonstrate that both alcohols enhance the 2D-network of water molecules. Notably, branched alcohols promote pentagonal configurations within pure water, while linear alcohols exhibit a greater tendency towards hexagonal configurations involving five water molecules and one alcohol, thus enriching the cooling process. The present approach provides insights into how the molecular arrangement of different alcohol species within the interfacial zone affects freezing and ice formation.
[1] Sun, T.; Ben-Amotz, D.; Wyslouzil, B. E. Phys. Chem. Chem. Phys. 2021, 23 (16), 9991–10005.
[2] Sun, T.; Wyslouzil, B. E. J. Phys. Chem. B 2021, 125 (44), 12329–12343.
[3] Bougueroua, S.; Bricage, M.; Aboulfath, Y.; Barth, D.; Gaigeot, M.-P. Molecules 2023, 28 (7), 2892.
Doctorant : ABOUHAIDAR Rawan
Directeur de thèse : DUFLOT Denis, TOUBIN Céline