Formation spontanée de radicaux OH et de H2O2 à l'interface air-eau de gouttelettes aqueuses

Depuis quelques années, le nombre d’études se concentrant sur les interfaces tel que l’interface air-eau ne fais que croître. Une interface est la « région séparant deux phases et est particulièrement quand la taille du système est petit comme dans un aérosol. Si on considère uniquement l’interface air-eau, les propriétés physico-chimiques de l’interface diffère radicalement de celle de l’eau en solution, mais également des propriétés de la phase gaz. Il a été démontré que les spécificités de l’interface air-eau permet à des réactions d’être accéléré comparer en solution. Il y’ a également des réactions non-favorables en solution qui peuvent être favorisée à l’interface. C’est le cas de la formation spontané de radicaux OH et de peroxyde d'hydrogène (H2O2) à l’interface air-eau de gouttelettes d’eau. La première explication proposée pour expliquer ce phénomène est la possibilité de l’ion hydroxyde (OH-) de se dissocier en un radical hydroxyle (OH) et un électron (hydraté) grâce à la présence d’un fort champ électrique à l’interface. La formation d’H2O2 peut alors s’expliquer par soit la recombinaison de deux radicaux OH ou soit par un chemin réactionnel qui commence par la réaction entre l’électron et l’oxygène. Cette chimie spontanée à l’interface pourrait constituer une nouvelle source importante d’oxydants dans l’atmosphère. Les études présentées dans cette thèse se concentrent sur cette formation spontanée de radicaux OH et d’H2O2 dans des gouttelettes contenant des sels tels que NaCl, NaBr par exemple. Ces études ont été réalisées à l’aide d’une approche expérimentale. Dans un réacteur, des gouttelettes ont été injectées grâce à un nébuliseur et des solutions aqueuse contenant les sels. Les phases particulaire et gazeuse ont pu être suivies à l’aide d’instruments connectés au réacteur. À l’aide d’un système d’impaction, les gouttelettes ont été collectées sous forme liquide pour une analyse off-line notamment pour mesurer la concentration d’H2O2 produite. Cette approche permet une analyse quantitative de la formation des radicaux OH et d’H2O2 à l’interface et de comprendre quels paramètres influence cette production. Le principal résultat des études effectué dans le cadre de cette thèse est la quantification de la production d’H2O2 pour des gouttelettes avec une composition ionique différente. Il se trouve que cette production d’H2O2 suit la série d’Hofmeister. Une série qui explique l’effet des ions sur la solubilité de protéines, mais qui peut se retrouver dans d’autres systèmes ou des ions sont présent. Cette découverte tant à montrer que la formation spontanée d’H2O2 et aussi des radicaux OH est plus liée à une question de solvatation à l’interface plutôt qu’à la présence du champ électrique à l’interface. Un autre résultat important concerne les gouttelettes contenant du nitrite (NO2-) ou nitrate (NO3-). En effet pour les gouttelettes contenant, un de ces deux ions, la production d’H2O2 peut être inhibé. La raison de ce phénomène est que ces deux ions ont une réactivité spécifique à l’interface qui rentre en compétition avec la formation d’H2O2. Cette chimie est visible dans le noir et est similaire à leur photochimie. Cette découverte peut être potentiellement importante pour la chimie atmosphérique du nitrite et du nitrate la nuit ou aucune chimie est attendue pour ces deux ions. Pour conclure, cette thèse aide à comprendre comment des oxydants peuvent être spontanément formés à l’interface et mettent en lumière le fait que l’interface air-eau à une réactivité spécifique qui peut être potentiellement importante dans l’atmosphère ou également utilisé en chimie verte.