Benjamin Demirdjian

Activity

aerosols carbonés - emissions de bateaux - nanoparticles - nanoplasmonique indirecte - microscopie électronique - FTIR - spectro UV-VIS - neutronique

Thèmes

Caractérisation physico-chimique d'aérosols atmosphériques

Interaction eau/aérosols et nucléation de l'eau et de la glace

Implications atmosphériques

Détection nanoplasmonique

Recherche

Aérosols carbonés et environnement

En collaboration avec l'institut de recherche suédois sur l'environnement (IVL, Göteborg) j'étudie l'impact environnemental des nano/micro-particules émises par les navires dans l’air et dans l’eau. Ces particules agissent comme noyaux de nucléation dans la formation des gouttelettes des nuages et modifient les propriétés radiatives des nuages stratus au sommet de la couche limite marine. Contenant des métaux, du soufre, de l’azote, des composés organiques, ces particules ont un effet néfaste sur la santé et polluent l’air et l’eau de mer. Les particules émises par les moteurs diesel de navires ont des morphologies, des microstructures et des compositions chimiques très différentes des particules de suies provenant de l’émission des autres modes de transport. Cette étude permet ainsi d’avoir des "marqueurs atmosphériques" des particules fines émises par les moteurs diesel des navires. La teneur en soufre des carburants joue un rôle déterminant dans la taille, la masse et la composition chimique des particules fines émises. La concentration élevée de métaux de transition peut avoir un effet sur la santé, de plus ces particules contenant de grosses quantités de composés minéraux hygroscopiques, elles risquent d’interagir fortement avec les nuages d’eau et avoir des effets importants sur le forçage radiatif de la couche limite marine.

Détection nanoplasmonique directe

J’ai mis au point un nouveau dispositif très sensible pour étudier la réactivité de nanoparticules avec des gaz par détection nanoplasmonique. C’est pour moi une nouvelle thématique qui m’a demandé de me familiariser avec la catalyse, l’optique, la plasmonique, et la spectroscopie UV-Visible. Ce projet repose sur la plateforme de nanofabrication du CINaM (PLANETE) où les structures plasmoniques sont synthétisées par lithographie électronique (EBL). Parallèlement j’ai du apprendre à maitriser les calculs de différences finies dans le domaine temporel (FDTD) permettant la résolution des équations de Maxwell. Ainsi je me suis formé à l’utilisation des logiciels OptiFDTD (Optiwave) et Lumerical (Ansys) qui permettent de faire des simulations numériques qui sont essentielles pour interpréter les spectres optiques expérimentaux.

Nos premiers résultats montrent que la nanoplasmonique directe nous permet de mesurer quantitativement et avec précision le nombre de monocouches d' H₂O adsorbées/désorbées sur des nanodisques d’Au. Nous avons ainsi construit un capteur d'humidité calibré très sensible capable de détecter quelques centièmes de monocouche d’H₂O. La nanoplasmonique directe nous permet ainsi de suivre avec une grande précision l’interaction d’H₂O sur l’Au qui est un sujet majeur en science des surfaces.

Détection nanoplasmonique indirecte

Par ailleurs, nous montrons que la détection nanoplasmonique indirecte couplée à la spectrométrie de masse est une méthode très efficace pour étudier l'adsorption du CO et de l'oxygène ainsi que l'oxydation du CO dans la plage de pression de 0,1 à 10 Torr. Notre modèle de catalyseur planaire est constitué de nanocubes de Pt supportés sur un film mince de silice recouvrant un réseau régulier de disques d'Au fabriqués par EBL sur un substrat de verre.

La chimisorption de l’oxygène et du CO montre une augmentation du décalage de la réponse RPSL avec la couverture mais avec un signe opposé (shift négatif dans le cas de l'adsorption du CO). Ce comportement est similaire aux mesures du travail de sortie. Lors de l'oxydation du CO, la mesure du shift RPSL avec une fraction molaire croissante de CO montre une transition entre un régime riche en O et un régime riche en CO. La formation de CO2, mesurée par spectrométrie de masse, est maximale dans le régime riche en O. La fréquence de renouvellement (TOF) a été déterminée avec précision en connaissant la taille, la forme et la densité de surface des particules de Pt. Pour des conditions expérimentales similaires, le TOF est proche de ceux mesurés sur des catalyseurs en poudre de Pt/oxyde et des monocristaux de Pt (100). La sensibilité de la technique INPS pour une application en catalyse est très élevée puisqu'elle permet de suivre la chimisorption de quelques centièmes de monocouches d’adsorbat et la réaction catalytique sur des nanoparticules ne couvrant que 0,5% de la surface du support plan. De plus, c’est une technique non destructive, elle peut être utilisée sur une large gamme de température et entre l’ultravide et la pression atmosphérique. Le CINaM est l’un des premiers laboratoires français à utiliser la détection nanoplasmonique indirecte.

Parcours

depuis octobre 2002 : CR au CINaM (UMR 7325), anciennement CRMC-N (ex CRMC2)

2001/2002 : Stage Postdoctoral à l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Laboratoire de Pollution Atmosphérique sous la direction du Dr. Michel J. Rossi

décembre 2000 : Thèse de Doctorat de l'Université de la Méditerranée soutenue au CRMC2 sous la direction du Pr. Jean Suzanne