La formation des aérosols dans l’atmosphère suit des processus complexes. La spectroscopie de rotation couplée à des calculs de chimie quantique permet de caractériser et de modéliser en laboratoire les propriétés physico-chimiques des précurseurs gazeux, à l’échelle moléculaire. L’objectif de ce travail est de comprendre le processus d’hydratation et de dimérisation. Dans ce contexte, nous avons d’abord étudié la molécule de méthyleglyoxal qui est un précurseur d’aérosols organiques secondaires. Les spectres de rotation centimétrique et millimétrique ont été enregistrés et analysés. Nous avons mis en évidence et modélisé à la précision expérimentale le mouvement de grande amplitude associé à la rotation interne du groupe méthyle, dans l’état fondamental. Ensuite nous avons enregistré le spectre de rotation de cette même molécule en présence d’eau avec un spectromètre à impulsions microondes couplé à un jet supersonique. Deux monohydrates du méthyleglyoxal ont été observés. Avec le support de calculs de structure (effectués ab initio et avec la méthode de la fonctionnelle de densité) nous avons déterminé la position des sites de microsolvatation (sur la fonction cétone) et l’énergie d’hydratation. Nous avons également observé et caractérisé des produits de dégradation (diol et tétrol). La dernière partie de la thèse a été consacrée à l’étude du dimère cyclique de l’acide formique. Cette molécule, abondante dans l’atmosphère, a été étudiée par spectroscopie infrarouge. Nous avons enregistré six bandes rovibrationnelles à haute résolution sur le dispositif Jet−AILES au synchrotron SOLEIL. La brillance du rayonnement a permis d’observer en particulier la bande fondamentale v24 dans l’infrarouge lointain. Le spectre a révélé la présence d’un mouvement de grande amplitude associé à l’échange de protons, ce qui rend l’analyse des spectres très complexe. Des résultats préliminaires et encourageants ont été obtenus. / The formation of aerosols in the atmosphere follows complex processes. Rotation spectroscopy coupled with quantum chemistry calculations allows laboratory characterization and modeling of the physicochemical properties of gaseous precursors on a molecular scale. The aim of this work is to understand the process of hydration and dimerization. In this context, we first studied the methylglyoxal molecule, which is a precursor of secondary organic aerosols. The centimeter and millimeter rotation spectra were recorded and analyzed. We modeled to the experimental accuracy the large amplitude motion associated to the internal rotation of the methyl group at the ground state. Then, we recorded the spectrum of rotation of the same molecule in the presence of water with a microwave pulse spectrometer coupled to a supersonic jet. Two monohydrates were observed. With the support of structural calculations (performed with ab initio and the functional density method), we determined the position of the microsolvation sites (on the ketone function) and the energy of hydration. We observed and characterized the degradation products (diol and tetrol) as well. The last part of the thesis was devoted to the study of the cyclic dimer of the formic acid. This molecule, abundant in the atmosphere, was studied by the infrared spectroscopy. We recorded six rovibrational bands with high resolution by the Jet-AILES equipment at the SOLEIL synchrotron. The brightness of the radiation made it possible to observe, in particular, the fundamental band 24 in the far infrared. The spectrum revealed the presence of a large amplitude motion associated with the exchange of proton, which makes spectrum analysis very complex. Preliminary and encouraging results were obtained.

La spectroscopie à impulsions microondes à transformée de Fourier couplée à un jet moléculaire, une fois combinée aux calculs de chimie quantique, sont des outils performants pour étudier la structure moléculaire et le paysage conformationnel des molécules en phase gazeuse, isolées ou en petits agrégats. Nous avons étudié des molécules d’intérêt atmosphérique, connues comme étant des précurseurs d’aérosols, à savoir des monoterpènes (C10H16), leurs produits d’oxydation et leurs hydrates.Pour le camphène, le β-pinène et l’α-pinène, trois bicycles, nous avons enregistré et analysé leur spectre de rotation pure, ainsi que ceux de leurs isotopologues 13C. Nous avons ensuite déterminé leur structure moléculaire en phase gazeuse, avec l’appui de calculs ab initio et DFT. Nous avons ensuite caractérisé le paysage conformationnel et le spectre de rotation pure de deux monoterpènes oxygénés, la nopinone (C9H14O) et le fenchol (C10H18O). Nous avons montré que la structure de la nopinone, un produit d’oxydation du β-pinène, garde une géométrie très proche de celle de ce dernier. Pour le fenchol, les conformères les plus stables des deux stéréoisomères endo- et exo- ont été mis en évidence et caractérisés. La deuxième partie de la thèse a été consacrée à l’étude d’hydrates de la nopinone et du fenchol. Grâce à une instrumentation au meilleur état de l’art, nous avons pu mettre en évidence les premières étapes de la microsolvatation de ces molécules. Nous avons observé et caractérisé les mono-, di- et trihydrates les plus stables, avec l’appui de calculs de chimie quantique. Les sites d’hydratation diffèrent selon la fonction (cétone ou alcool) de la molécule. / The synergic combination of Fourier transform microwave spectroscopy coupled with a supersonic jet and quantum chemical calculations allows us to study the molecular structure and the conformational landscape of molecules in the gas phase, isolated or in small aggregates. In the present work, we have applied this approach to analyze the structure of molecules of atmospheric interest, i.e. monoterpenes (C10H16), which are known to be precursors of atmospheric aerosols. Likewise, we have studied their oxidation products as well as their hydrates. The pure rotational spectrum of three bicycles, camphene, β-pinene and α-pinene have been recorded, including all their 13C isotopologues and analyzed. Then, we have determined their gas phase molecular structure, with the support of ab initio and DFT calculations. In like manner, we have characterized the conformational landscape and the rotational spectra of two oxygenated monoterpenes: nopinone (C9H14O) and fenchol (C10H18O). We have demonstrated that the geometrical structure of nopinone, an oxidation product of β-pinene, is not altered. For fenchol, the most stable conformers of the two stereoisomers endo- and exo- were identified and characterized. The second part of the Thesis has been dedicated to the study of hydrates of nopinone and fenchol. As a result of the upgrade of the instrumentation, using our state-of-the-art spectrometer, we were able to exhibit the first steps of the microsolvation of these molecules. Based on theoretical calculations, we have characterized the most stable mono-, di- and tri-hydrates. We have also observed that the hydratation sites depend on the functional groups of the molecule.