Thèse de Kseniia Korchagina (LCPQ), Octobre 2016


Titre : Etude par dynamique moléculaire des propriétés structurales, dynamiques et thermodynamiques dʼagrégats moléculaires

Résumé : Les agrégats de molécules dʼeau constituent une classe d’espèce chimique importante du fait de leur rôle central dans de nombreux processus physico-chimiques et biologiques terrestres, en particulier, les processus atmosphériques. Leurs propriétés physiques et chimiques sont particulièrement sensibles aux effets de taille et aux effets de température, ce qui les rend particulièrement difficile à caractériser expérimentalement. Ainsi, mes travaux de thèse ont porté sur lʼétude théorique des propriétés structurales, dynamiques et thermodynamiques ainsi que sur la réactivité de divers agrégats de molécules dʼeau avec pour objectif de mettre en place des outils de modélisation adaptés, permettant une description plus fine de ces systèmes. Pour cela, nous avons utilisé des approches de dynamique moléculaire de type « parallel-tempering » qui ont été couplées avec des calculs dʼénergie et de gradient réalisés par la méthode Self-Consistent-Charge Density-Functional based Tight-Binding (SCC-DFTB). Trois grands volets ont été abordés au cours de ces travaux. Dans la première partie, lʼanalyse détaillée des structures des agrégats dʼeau (H 2 O) n SO 42- et (H 2 O) n H 2 SO 4 avec n=1-20 a été réalisée. Nous avons mis en évidence lʼinfluence de la nature de lʼimpureté soufrée sur le réseau de liaisons hydrogène de ces agrégats. La deuxième partie de cette thèse a porté sur lʼétude de la transition de phase « solide-liquide » dans divers agrégats de molécules dʼeau. En plus des agrégats soufrés évoqués ci-dessus, nous avons également étudié des agrégats dʼeau protonés contenant de 19 à 23 molécules dʼeau. Pour mieux comprendre le mécanisme de transition de phase, nous avons considéré divers changements structuraux associés à la transition tels que lʼévolution des distributions dʼangles intermoléculaires et lʼévolution du nombre de cycles de molécules dans lʼagrégat. Nous avons également caractérisé la transition de phase au travers dʼindicateurs dynamiques tels que la fréquence de transfert du proton en excès. La dernière partie de cette thèse a été consacrée à lʼétude de l’influence de petits agrégats dʼeau (allant de 1 à 10 molécules dʼeau) sur la réaction de recombinaison entre lʼatome H et la molécule CO. Cette réaction est la première étape de formation des molécules organiques oxygénées simples dans le milieu interstellaire. Elle présente donc un intérêt particulier. Grâce à lʼanalyse de dynamiques collisionnelles entre H et CO ainsi quʼau calcul de sections efficaces de réaction, nous avons montré que la présence des molécules dʼeau joue un rôle important dans le processus de formation du radical HCO.


rechercher sur site