Caractérisation organique et minérale des particules individuelles (aérosols) de l'environnement sidérurgique : étude des synergies entre la matière organique et la nature des espèces minérales en présence

Organic and inorganic characterization of individual particles (aerosols) found in the steel-making environment : study of synergetic effects between organic compounds and the nature or inorganic substances involved

• Auteur / Autrice : Stéphane Delmas
• Direction : Jean-François Muller
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique - Chimie
• Date : Soutenance en 1991
• Etablissement(s) : Metz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectrométrie de masse

Pollution atmosphérique

Composés aromatiques polycycliques

Résumé

Ce travail est consacré à la caractérisation minérale et organique des polluants particulaires, principalement les hydrocarbures aromatiques polycycliques adsorbés sur des poussières complexes, émis dans l'environnement lors de processus sidérurgiques diverses. La première partie de la thèse décrit la méthodologie expérimentale mise en place pour conduire cette étude. Les principales techniques utilisées sont la chromatographie en phase gazeuse couplée ou non à la spectrométrie de masse et la microsonde à impact laser lamma 500 couplée a un laser accordable en longueur d'onde. A l'aide de cette dernière, l'analyse est réalisée en deux étapes : un premier impact laser permet de désorber directement les HAP de leur support, à très faible irradiance. Puis, un second impact, à haute énergie, pulvérise la particule donnant ainsi des informations sur la composition chimique minérale ou organique du support d'adsorption. Les résultats obtenus permettent d'identifier simultanément les composés organiques adsorbés sur les particules et les constituants organiques et(ou) minéraux qui composent celles-ci. Il s'agit principalement de matrices carbonées pour les échantillons prélevés en cokerie et de matrices d'oxyde de fer pour les échantillons issus de hauts fourneaux. Dans la seconde partie de ce mémoire, nous avons essayé de simuler les réactions de transformations atmosphériques des HAP particulaires adsorbés sur différents substrats avec un polluant atmosphérique gazeux NO2. Ces travaux visaient à mieux comprendre les mécanismes de formation des nitro-hap lors de leur séjour dans l'atmosphère ou lors de l'étape de prélèvements sur filtre. Les résultats montrent que l'analyse par microsonde laser FTMS 2000, utilisée en mode desorption, est capable de détecter des composés de hautes masses moléculaires qui ne sont que partiellement extraits par les méthodes d'analyse conventionnelles. Dans la dernière partie, une approche théorie utilisant des calculs semi-empiriques a été menée pour conforter nos résultats expérimentaux concernant la réactivité de certains hap avec NO2. De bonnes corrélations entre les mesures de réactivité et les valeurs de densité électronique ont ainsi pu être établies pour les deux molécules étudiées : benzo(a)pyrène et dibenzo(a,h) pyrène

The aim of our work is organic and inorganic characterization of particular pollutants, mainly polycyclic aromatic hydrocarbons adsorbed on complex particles, released in the environment during the various stages of steel manufacturing. In the first part of this work, we describe the experimental methodology used to conduct this study. The basic methods used are gas chromatography with or not mass spectrometry and LAMMA 500 laser microprobe connected to a tunable dye laser. Using this last instrument, the analysis is carried out in two stages : a first laser shot with a very low energy desorbs the PAHs from its support. Then, a second high energy laser impact pulverizes the particle, giving organic or inorganic chemical informations on the nature of adsorption substrate. The results obtained reveal both the organic compounds desorbed from the particles as well as their constituant organic and (or) inorganic chemical components. These are essentially carbon matrices in samples collected in coke ovens and iron oxides in samples collected from blast furnaces. In the second part of this work, we tried to simulate the reactions of atmospheric transformations of solid PAHs adsorbed on various substrates using NO2 as the atmospheric polluant. The objective of this part of the ewperiment was to enable a greater understanding of the mechanisms involved in nitro-PAHs formation during its stay in the atmosphere or during collecting step. The results suggest than FTMS 2000 laser microprobe analysis, used in the desorption mode could detect high molecular weight compounds which are only partially recoverable using conventional analytical methods. In the last section, a theorical approach using semi-empirical calculations was conducted in order to confirm the experimental results regarding the reactions of some kind of PAHs with NO2. A good correlation between reactivity and electronic density was obtained for the two molecules studied : benzo(a)pyrene and dibenzo(a,h)pyrene