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Soutenance de thèse de Ayoub NOUHI - Laboratoire PROTEE



Le Bureau des Études Doctorales a le plaisir de vous informer que

Monsieur Ayoub NOUHI

Doctorant au laboratoire PROTEE rattaché à l’école doctorale 548 « Mer et Sciences », sous la direction de
M. Stéphane MOUNIER, Maître de conférences-HDR, Université de Toulon, Directeur
M. Roland REDON, Maître de conférences, Aix-Marseille Université, Co-encadrant soutiendra publiquement sa thèse en vue de l’obtention du Doctorat Physique nsur le thème suivant :

« Caractérisation Spectrale et Temporelle par Quenching de Fluorescence des interactions Matière Organique-Eléments Métalliques. »

le Mercredi 13 décembre 2017 à 14h00,
à l’Université de Toulon – Campus de La Garde – Bâtiment X – Amphi X

devant un jury composé de :

Résumés

L’étude du comportement des Eléments Traces Métalliques (ETM) est primordiale compte tenu de leur effet souvent toxique sur de nombreux écosystèmes. Ces derniers, lorsqu’ils interagissent avec la Matière Organique (MO), peuvent former des complexes plus ou moins stables. Ainsi, la MO joue un rôle important dans leur spéciation chimique et leur transport. Dans ce travail, l’analyse de cette complexation est réalisée par Quenching de Fluorescence (QF). Cette technique permet de modéliser la fixation des sites de complexation à l’aide d’une constante thermodynamique déterminée à partir d’un modèle 1 : 1. Le quenching de fluorescence a été mesuré par spectroscopie de fluorescence en mode stationnaire et par spectroscopie résolue en temps. Les mesures de fluorescence en mode stationnaire ont permis de mesurer les Matrices d’Excitation et d’Emission de Fluorescence (MEEFs). L’extraction des différents composants de ces MEEFs a été effectuée par séparation de sources telle que la décomposition trilinéaire CP/PARAFAC, qui a permis de caractériser spectralement les composants. Les mesures par Spectroscopie Laser Résolue en Temps (SLRT) ont permis d’effectuer une caractérisation spectrale et temporelle des composants fluorescents. L’étude des lois de décroissance de la fluorescence induite par impulsion laser nanoseconde, en l’occurrence, a permis de déterminer le type d’interaction entre la MO et les quencheurs. Pour ce faire, un algorithme de déconvolution temporelle a été appliqué à chaque décroissance de fluorescence mesurée. L’interprétation des données temporelles a été accomplie en utilisant le graphique de Stern–Volmer. Les résultats des interactions du cuivre, de l’europium et de l’uranium avec les Acides Humiques (AH) et les Acides Fulviques (AF) a révélé des décroissances de fluorescences importantes et des constantes de stabilité entre Log(K)=2,04 et 5,89. Le cuivre a été utilisé en tant que modèle pour valider toutes nos expériences et l’interaction de l’europium et l’uranium avec les AH et AF étudiés a révélé des constantes de stabilité en général en bonne corrélation avec la littérature. Les résultats de la SLRT ont souvent montré des décroissances bi–exponentielles et des temps de vie entre 0,40 et 14,0 ns et montrent que les interactions étudiées ont principalement engendré un quenching statique et donc la formation d’un complexe moléculaire à l’état fondamental. Cette étude a donc permis, par caractérisation spectrale et temporelle, de déterminer l’interaction de la matière organique avec des métaux plus ou moins toxiques.

Mot clés : Spectroscopie laser résolue en temps – Quenching de fluorescence – MEEFs – CP/PARAFAC –Matière organique dissoute – Éléments traces métalliques – Complexation

Spectral and Temporal Characterization of OM–TM by Fluorescence Quenching

The study of Trace Metals (TM) behavior, considering their impact on various ecosystems, is of paramount importance. The latter, upon contact with Organic Matter (OM) can form weak or strong stable complexes. Therefore, OM plays an important role in their chemical speciation and transport. The analysis of these properties is carried out by Fluorescence Quenching (QF). This technique allows introspecting ligands–metal interactions and the 1 : 1 modeling (one ligand site, one metal) gives information about the conditional thermodynamic constant. Fluorescence quenching was measured using steady–state and time–resolved fluorescence spectroscopy. The steady–state measurements provide Excitation and Emission Matrices of fluorescence (EEMs). The extraction of the different components from these matrices is carried out by a multi–mode factor analysis such as CP/PARAFAC, which allows a spectral composition of the samples. Time-Resolved Laser Spectroscopy (TRLS) measurements allow temporal and spectral characterization of the fluorescent components. Indeed, the study of the fluorescence decays induced by a nanosecond pulsed laser in this case allowed to measure the interaction between the OM and the quencher. For those purposes, a fluorescence lifetime deconvolution algorithm was applied to each fluorescence decay. Analyses of the fluorescence lifetime data was accomplished using the Stern–Volmer plot, which gave reliable information on the quenching process that takes place. Copper, europium and uranium interactions with Humic Acids (HA) and Fulvic Acids (FA) shows significant fluorescence decays and stability constants between Log(K)=2.04 and 5.89. Copper allowed to calibrate our model study and the interactions of europium and uranium with the HA and FA studied reported stability constants in agreement with the literature. TRLS results have often revealed a bi–exponential decay and fluorescence lifetime between 0.40 and 14.0 ns and shows that the studied interactions mainly lead to static quenching and thus the formation of a molecular complex in the ground state. This study has allowed spectral and temporal characterization to determine organic matter interactions with toxic metals.

Keywords : Time–Resolved Laser induced fluorescence spectroscopy – Fluorescence quenching – EEMs – CP/PARAFAC – Dissolved organic matter – Trace metals – Complexation



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