Sarra KILANI
Spécialité : Physique
Laboratoire : LPL
Directeur de thèse : Nicolas Nieuwjaer et Bruno Manil
Co-encadrante : Nadia Bouchemal
Titre de la thèse : Rôle de l’eau dans les mécanismes de pré-nucléation des aérosols
Les aérosols sont des particules en suspension dans l’atmosphère qui jouent un rôle majeur dans la qualité de l’air, la santé humaine et le climat. Une partie importante de ces particules se forme directement dans l’atmosphère à partir de quelques molécules gazeuses qui s’assemblent progressivement pour former des agrégats moléculaires, qui mènent à des particules plus grandes. Les toutes premières étapes de ce processus restent cependant mal comprises, ce qui contribue aux incertitudes des modèles climatiques.
Cette thèse vise à comprendre, à l’échelle moléculaire, comment ces premiers agrégats se forment et en particulier quel rôle joue l’eau dans leur formation et leur stabilisation. L’étude portera notamment sur des acides organiques et des amines, deux familles de molécules pouvant participer à la formation de nouveaux aérosols.
Pour suivre leur assemblage, des techniques avancées de spectroscopie laser et de résonance magnétique nucléaire seront combinées à des simulations de chimie quantique. Ces approches permettront de caractériser la structure et l’évolution des agrégats moléculaires, depuis quelques molécules jusqu’aux premières structures précurseurs des particules atmosphériques.
A terme, ces résultats contribueront à mieux comprendre la formation des aérosols et à améliorer leur représentation dans les modèles environnementaux et climatiques.
Thesis title : Mechanistic insights into water-mediated pre-nucleation of aerosols
Aerosols are tiny particles suspended in the atmosphere that have a major impact on air quality, human health and climate. A significant fraction of these particles forms directly in the atmosphere, when a few gas-phase molecules progressively assemble into molecular clusters and eventually grow into larger particles. However, the earliest stages of this process remain poorly understood, contributing to uncertainties in current climate models.
This PhD project aims to understand, at the molecular level, how these first clusters form, with a particular focus on the role of water in their formation and stabilization. The study will focus on organic acids and amines, two families of molecules that can contribute to the formation of new atmospheric particles.
To investigate their assembly, advanced laser spectroscopy and nuclear magnetic resonance techniques will be combined with quantum chemical simulations. These complementary approaches will make it possible to characterize the structure and evolution of molecular clusters, from a few interacting molecules to the first structures that precede the formation of atmospheric particles.
Ultimately, this research will contribute to a better understanding of aerosol formation and help improve their representation in environmental and climate models.
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