Etude quantique de la réactivité du plomb avec les molécules hydrogénées et oxygénées atmosphériques. Contribution à la compréhension du devenir de ce métal dans l'atmosphère

Abstract

Le présent travail s’intègre dans la thématique de la pollution atmosphérique par les métaux lourds et s’intéresse particulièrement à l’illustration des mécanismes réactionnels entre une entité métallique et des molécules atmosphériques et à l’examen de la stabilité et du devenir des complexes de ces métaux dans le milieu atmosphériques. A l’heure actuelle, la réactivité chimique entre un métal lourd et les molécules oxydantes de l’atmosphère est relativement mal connue dans la littérature. Dans le but de comprendre et de rationaliser le comportement du plomb (Pb) dans l’atmosphère, les complexes PbL hydrogénés (L = H2, OH, H2O, HO2) et oxygénés (L = O, O2, O3) ont été étudiés en détail au moyen des méthodes élaborées de type ab initio et DFT et à l’aide des bases assez larges et suffisamment polarisées de type gaussienne et Slater. Les effets de corrélation et les effets relativistes scalaires sont pris en compte soit explicitement soit implicitement ; les effets du coulage spin-orbite sont également pris en compte et évalués pour rendre en compte de la présence des couches ouvertes. Pour les complexes PbL retenus, nous avons recherché de façon systématique les hypersurfaces de potentiel dans le but de déduire non seulement les structures des formes stables, des intermédiaires et des états de transition mais également les mécanismes réactionnels pouvant expliquer la formation de ces complexes, leurs interconversions configurationnelles et leurs dissociations adiabatiques possibles. Les paramètres structuraux (géométries, moments dipolaires, fréquences de vibration, intensités infrarouges), énergétiques (énergies de transition, énergies de dissociation, barrières d’activation) et thermodynamiques (enthalpies de réaction, enthalpies de formation) sont présentés et discutés pour chacun des complexes. Pour examiner la possibilité d’existence d’un de ces complexes dans l’atmosphère, nous avons proposé un moyen simple et efficace qui s’appuie sur la connaissance des enthalpies, de dissociation thermiques et de leurs équivalents en longueurs d’onde absorbées en relation avec les rayonnements solaires atmosphériques ultraviolet, visible et infrarouge. Les résultats obtenus dans ce travail sont encourageants et mettent en avant l’intérêt que peut avoir la chimie quantique pour le traitement de la pollution atmosphérique et son insertion de façon efficace dans la problématique environnementale à la fois pour la prédiction et l’interprétation.