Dans le but de déterminer le phénomène physique ou chimique caché derrière l'efficacité des agents fluorescents à inhiber le photojaunissement de la lignine, plusieurs études ont été menées. Tout d'abord, une étude d'efficacité de nouvelles molécules d'agents fluorescents a été faite avec la technique des feuilles minces, faites de pâtes à haute teneur en lignine. Lors de cette étude, une molécule s'est démarquée du lot de par son efficacité à court et à long terme. Il s'agit d'UQTR-010. Par la suite, une étude de stabilité des agents fluorescents face aux conditions expérimentales en laboratoire a été menée. Cette étude a été réalisée en exposant des solutions aqueuses, ou des feuilles minces vaporisées d'agent fluorescent, à divers rayonnements, soit à une lumière rouge, aux fluorescents du laboratoire et à la lumière du jour pénétrant par les fenêtres du laboratoire. Une étude de cinétique de dégradation a aussi été faite. Ainsi, nous avons pu nous assurer que les lumières du laboratoire ne dégradaient pas nos agents fluorescents, autant sur matrice solide que liquide, ainsi que des précautions devaient être prises si les échantillons étaient manipulés dans un laboratoire ayant des fenêtres laissant entrer la lumière du soleil. Ensuite, nous avons mis en relation l'efficacité de certains agents fluorescents avec leurs propriétés physico-chimiques dans le but de trouver une corrélation qui nous guiderait dans nos études futures. Ainsi, nous avons utilisé comme propriétés le pourcentage d'isomères trans des agents fluorescents en solution aqueuse, la durée de vie de fluorescence et le temps de demi-vie des molécules fluorescentes. La conclusion de cette étude est qu'aucune corrélation n'est observée entre l'efficacité des agents et l'une ou l'autre de ces propriétés. Nous avons aussi corrélé l'efficacité des agents fluorescents avec la force de l'oscillateur de la première transition s'effectuant dans la molécule, soit la transition HOMO-LUMO, et la force de l'oscillateur de la seconde transition, soit la transition HOMO-LUMO+X. Aucune corrélation n'est observée du côté de la force de l'oscillateur de la première transition. Cependant, en se penchant du côté de la seconde transition, nous trouvons un coefficient de corrélation satisfaisant entre l'efficacité des agents fluorescents et la force de l'oscillateur de cette seconde transition. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Lignine, agents fluorescents, spectroscopie UV-Visible, spectroscopie de réflectance, modélisation moléculaire, transitions électroniques, feuilles minces

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les molécules hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont à l'heure actuelle considérées comme probablement responsables des bandes d'émission infrarouge non identifiées du milieu interstellaire (MIS). La dynamique de refroidissement des molécules HAP est essentielle pour estimer leur photo-stabilité, leur durée de vie et les distributions de taille dans le MIS. Au cours des dernières années, les expériences s'appuyant sur le stockage électrostatique d'ions moléculaires ou d'agrégats sont devenus des outils puissants pour étudier leur refroidissement dans une large gamme de temps allant de la microseconde à quelques secondes. En général, l'étude des courbes de déclin associées aux processus de dissociation dans le cas des cations ou bien de détachement d'électrons dans le cas des anions fournit des informations sur l'évolution de l'énergie interne des ions stockés. Dans ce travail de thèse, le refroidissement de cations d'anthracène a été étudié dans un anneau de stockage électrostatique compact, le Mini-Ring, jusqu'à 8 ms. Les courbes de déclin spontané provenant de la dissociation par émission de fragment C2H2 ou H neutres montrent trois régions distinctives. Ces trois régions indiquent différents régimes de refroidissement en fonction du temps de stockage, la dissociation domine pour les temps inférieurs à 1 ms, l'effet de l'émission radiative entre alors en compétition avec la dissociation puis domine au-delà de 3 ms / The polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) molecules have been considered as possible carrier of the unidentified infrared emission bands from the interstellar medium (ISM) for about thirty years. The cooling dynamics of the PAH molecules which is essential to estimate their photostability and therefore their lifetime and size distributions in the ISM, has attracted numerous theoretical and experimental studies. In recent years, electrostatic storage devices (ESD) became powerful tool to investigate the cooling regime of molecules and clusters in a large time range from microseconds to seconds. Generally speaking, the decay of the emitted neutral yields due to dissociation of molecular cations or electron detachment of anions in such experiments carries information on the internal energy of the stored molecular ions. In this thesis work, the cooling regimes of anthracene cations are studied by following the time evolution of the internal energy distribution (IED) of the stored anthracene cations. A spontaneous neutral yield curve obtained from the stored molecular ions as a function of the storage time shows three distinguishable regions. The three regions indicate different cooling regimes at corresponding storage time range, i.e., the dissociation mechanism of the molecule dominates at storage time t < 1 ms, quenching of the dissociation by radiative cooling processes occurs during 1 < t < 3 ms and radiative cooling governs at t > 3 ms

Les molécules aromatiques protonées jouent un rôle important dans les réactions de substitution électrophile aromatique, et dans différents processus biologiques. Ces molécules sont présentes aussi dans d'autres milieux tels que les flammes de combustion, les plasmas de divers hydrocarbures, les ionosphères planétaires (Titan) et le milieu interstellaire. Les molécules protonées sont très stables car elles ont des couches électroniques complètes mais elles sont en général très sensibles à leur environnement local car elles sont chargées : une étude en phase gazeuse est nécessaire pour déterminer leurs propriétés intrinsèques. Jusqu'à présent, très peu de chose était connu sur les molécules protonées isolées en phase gazeuse, seulement quelques résultats étaient disponibles. Ce manque de données venait de la difficulté de générer des molécules protonées en phase gazeuse et surtout de les produire à basse température (la protonation est une réaction exothermique). Récemment, des progrès ont permis d'étudier les molécules protonées en phase gazeuse à très basse température, en particulier par le développement des sources ioniques couplées avec des techniques d'expansion de jet supersonique. Grâce à cette technique on a enregistré le spectre photo fragmentation de l'état fondamental vers le premier état excité (S1←S0) de différentes molécules aromatiques protonées en phase gazeuse. Les molécules que nous avons étudiées peuvent être regroupées en quatre familles : Les molécules polycycliques aromatiques protonées linéaires (benzène, naphtalène, anthracène, tétracène, pentacène). Les molécules polycycliques aromatiques protonées non linéaires (fluorène, phénanthrène, pyrène). Les molécules protonées contenant un hétéro atome (benzaldéhyde, salicylaldéhyde, 1-naphthol et 2-naphthol, indole, aniline). Les agrégats protonés (dimère de benzène, naphtalène (H2O)n, n=1,2,3. naphtalène (NH3)n, n=1,2,3, benzaldéhyde (Ar , N2)). Dans les spectres enregistrés presque toutes les transitions électroniques S1←S0 sont décalées vers le rouge (basse énergie) par rapport à celui des molécules parentes neutres. Ce décalage est dû au caractère transfert de charge du premier état excité. Certains spectres sont résolus vibrationnellement, alors que pour d'autres molécules le spectre ne présente pas de progression vibrationnelle à cause d'un dynamique très rapide de l'état excité menant par des intersections coniques à l'état fondamental. Les spectres d'absorption des molécules protonées sont plus riches en vibrations par comparaison avec les molécules neutre. Cela reflète le changement relativement important de géométrie de l'état excité dû à son caractère transfert de charge. Les résultats expérimentaux ont été complétés par des calculs ab-initio qui ont permis de localiser la transition électronique, déterminer la structure géométrique et électronique, les modes de vibration et, pour certaines de ces molécules, la dynamique de l'état excité. Les calculs sont en général en très bon accord avec les expériences.

Les molécules aromatiques protonées jouent un rôle important dans les réactions de substitution électrophile aromatique, et dans différents processus biologiques. Ces molécules sont présentes aussi dans d’autres milieux tels que les flammes de combustion, les plasmas de divers hydrocarbures, les ionosphères planétaires (Titan) et le milieu interstellaire. Les molécules protonées sont très stables car elles ont des couches électroniques complètes mais elles sont en général très sensibles à leur environnement local car elles sont chargées : une étude en phase gazeuse est nécessaire pour déterminer leurs propriétés intrinsèques. Jusqu’à présent, très peu de chose était connu sur les molécules protonées isolées en phase gazeuse, seulement quelques résultats étaient disponibles. Ce manque de données venait de la difficulté de générer des molécules protonées en phase gazeuse et surtout de les produire à basse température (la protonation est une réaction exothermique). Récemment, des progrès ont permis d’étudier les molécules protonées en phase gazeuse à très basse température, en particulier par le développement des sources ioniques couplées avec des techniques d'expansion de jet supersonique. Grâce à cette technique on a enregistré le spectre photo fragmentation de l’état fondamental vers le premier état excité (S1←S0) de différentes molécules aromatiques protonées en phase gazeuse. Les molécules que nous avons étudiées peuvent être regroupées en quatre familles : Les molécules polycycliques aromatiques protonées linéaires (benzène, naphtalène, anthracène, tétracène, pentacène). Les molécules polycycliques aromatiques protonées non linéaires (fluorène, phénanthrène, pyrène). Les molécules protonées contenant un hétéro atome (benzaldéhyde, salicylaldéhyde, 1-naphthol et 2-naphthol, indole, aniline). Les agrégats protonés (dimère de benzène, naphtalène (H2O)n, n=1,2,3. naphtalène (NH3)n, n=1,2,3, benzaldéhyde (Ar , N2)). Dans les spectres enregistrés presque toutes les transitions électroniques S1←S0 sont décalées vers le rouge (basse énergie) par rapport à celui des molécules parentes neutres. Ce décalage est dû au caractère transfert de charge du premier état excité. Certains spectres sont résolus vibrationnellement, alors que pour d'autres molécules le spectre ne présente pas de progression vibrationnelle à cause d’un dynamique très rapide de l’état excité menant par des intersections coniques à l’état fondamental. Les spectres d’absorption des molécules protonées sont plus riches en vibrations par comparaison avec les molécules neutre. Cela reflète le changement relativement important de géométrie de l’état excité dû à son caractère transfert de charge. Les résultats expérimentaux ont été complétés par des calculs ab-initio qui ont permis de localiser la transition électronique, déterminer la structure géométrique et électronique, les modes de vibration et, pour certaines de ces molécules, la dynamique de l’état excité. Les calculs sont en général en très bon accord avec les expériences. / Protonated aromatic molecules play an important role in electrophilic aromatic substitution reactions, fundamental reactions in organic chemistry and in various biological processes. The interstellar medium is another environment which is likely to contain the protonated aromatic molecules, that’s because these molecules are stable chemically since they are close shell electronic structure. These molecules were also identified in others environments such as combustion flames, plasmas of various hydrocarbons and the upper atmosphere of Titan. Protonated molecules are usually very sensitive to their local environment; a gas phase study is required to determine their intrinsic properties. Until now, very little is known about the isolated protonated molecules, only a few results are available in the literature. This lack of data is due to the difficulties of the production and the cooling of these molecules in gas phase. The technical progress we have done has enabled the study of protonated molecules in the gas phase at very low temperatures, using an ion sources, supersonic jet and the laser induced photofragmentation techniques. Using this technique, we have recorded many electronic spectra (S1←S0) of different protonated molecules. We can regroup the studied molecules into four: Linear protonated polycyclic aromatic molecules (benzene, naphthalene, anthracene, tetracene, pentacene). Nonlinear protonated polycyclic aromatic molecules (fluorene, phenanthrene, pyrene). Protonated molecules containing an hetero atom (benzaldehyde, salicylaldehyde, 1-naphthol and 2-naphthol, indole, aniline). Protonated cluster (dimer of benzene, naphthalene (H2O)n, n = 1,2,3. Naphthalene (NH3)n, n = 1,2,3, benzaldehyde (Ar, N2)). Most of those spectra are red-shifted compare to the spectrums of neutral parent molecules. This red-shift is due to charge transfer character of the first excited state. Some spectra are vibrationally resolved, while for other molecules the spectrum do not shows any vibrational progression. This behaviour is explained by the dynamic of the excited state, this dynamic being usually is very fast, sometimes leading to the ground state through a conical intersection. The spectra of protonated molecules are very active vibrationally in comparison with neutral molecules, many vibrational modes forbidden for neutral molecule becomes active for the protonated one (Franck-Condon factor is not zero). This is reflecting the charge transfer character of the excited state. The experimental results were complemented by ab-initio calculations, which have allowed determining the electronic transition, the geometric and electronic structure of the molecule, the vibrational modes, and for some of these molecules the dynamics of excited state. Calculations are generally in very good agreement with experiments.