Thèse Étude Computationnelle de la Structure et de la Réactivité de Modèles de Surfaces d'Aérosols H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Lille École doctorale : Sciences de la Matière du Rayonnement et de l'Environnement Laboratoire de recherche : LAboratoire de Spectroscopie pour les Interactions, la Réactivité et l'Environnement Direction de la thèse : Aurélien MONCOMBLE ORCID 000000024362269X Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-10T23:59:59 Une problématique courante lors de l'étude des processus de surface est le faible rapport surface/volume. Le signal mesuré est ainsi généralement dominé par la contribution du bulk. Les techniques expérimentales spécifiques à la surface, telles que la microscopie à force atomique, la réflectivité des rayons X et les spectroscopies de génération de fréquence somme vibrationnelle non linéaire (VSFG) et de génération de second harmonique, sont donc utiles pour comprendre le comportement de la région interfaciale. La spécificité des méthodes VSFG et de génération de second harmonique provient de la rupture de symétrie d'inversion à la surface, qui induit une réponse spectrale liée à la polarisabilité non linéaire du second ordre. La technique VSFG est particulièrement intéressante car elle fournit des informations à l'échelle moléculaire grâce aux résonances vibrationnelles caractéristiques des espèces présentes à la surface. De plus, la spectroscopie VSFG sensible à la phase permet d'obtenir une information directe sur l'orientation des molécules à la surface à partir du signe des caractéristiques spectrales. Une revue très récente de Saak et Backus présente les avancées dans l'étude expérimentale de particules atmosphériques modèles par les techniques VSFG.

Le projet de recherche proposé vise à comprendre la structure et les étapes élémentaires des réactions chimiques à la surface de particules d'aérosol modèles en présence de molécules adsorbées, grâce à des approches computationnelles et, en particulier, à la spectroscopie VSFG computationnelle. Les systèmes modèles étudiés initialement comprendront des surfaces de glace cristalline avec de petites molécules adsorbées telles que l'acide formique, la méthylamine et le glyoxal. La petite taille de ces molécules les rend particulièrement adaptées aux études computationnelles. De plus, le glyoxal peut subir une série de transformations, d'abord en acide glyoxylique puis en acide oxalique, ce qui permettra d'étudier l'effet de la surface sur le processus. Avec une méthodologie appropriée, la recherche pourra ensuite être étendue à la surface de silice amorphe, utilisée comme modèle d'aérosols de sable. L'étude sera menée en combinant des techniques de simulation de dynamique moléculaire (aux niveaux classique et ab initio) et des méthodes de chimie quantique, permettant ainsi une analyse approfondie des phénomènes de surface à l'échelle atomique. Les résultats des modélisations seront comparés, dans la mesure du possible, aux résultats expérimentaux obtenus par spectroscopie vibrationnelle en laboratoire. Nowadays, the impact of atmospheric aerosol particles on the climate change is widely acknowledged. The influence of aerosols can be direct (for instance, by modification of the albedo) or indirect (due to chemical reactions occurring on aerosol surfaces). The surface of particles can simply amplify the probability of molecules to meet each other, or it can modify and/or initiate molecules' reactivity by specific interactions with surface functional groups. However, detailed knowledge of the structure of aerosol surfaces is still lacking and the understanding of surface effect on the reactivity is far from being complete.

Le ou la candidat(e) devra être titulaire d'un master en chimie (physique ou théorique) ou en physique (avec des connaissances approfondies en spectroscopie moléculaire). Une expérience préliminaire avec les logiciels CP2K et/ou Gaussian serait très appréciée. Des compétences en programmation Python et/ou Frotran seraient un plus.