Processus chimiques atmosphériques : réaction de l’ozone avec 2- et 3- carène, réaction de surface et hydratation de particules issues de la combustion

Atmospheric chemical processes : reaction of ozone with 2- and 3-carene, evolution of internal mixed combustion particles

• Auteur / Autrice : Hui Chen
• Direction : Jianmin Chen, Abdelwahid Mellouki
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie de l’environnement
• Date : Soutenance le 09/12/2014
• Etablissement(s) : Orléans en cotutelle avec Université de Fudan (Shanghai, Chine)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de combustion aérothermique réactivité et environnement (Orléans, Loiret ; 2007-...)
• Jury : Président / Présidente : Denis Petitprez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jianmin Chen, Abdelwahid Mellouki, Denis Petitprez, Barbara D'Anna, Yujing Mu, Véronique Daële, Jinhe Wang, Xinming Wang
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Barbara D'Anna, Yujing Mu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lumière -- Absorption

Noir de carbone

Cinétique chimique

Ozonolyse

Chimie de l'atmosphère

Mots clés libres

Chimie atmosphérique

Composés organiques volatils biogéniques

Ozonolyse

Intermédiaire de Criegee

Carbone noir

Carbone brun

Surface de réaction

Absorption de la lumière

Atmospheric chemistry

Biogenic volatile organic compounds

Ozonolysis

Criegee intermediates

Black carbon

Brown carbon

Surface reaction

Light absorption

Résumé

Dans cette thèse, nous présentons des travaux complémentaires conduits à ICARE-CNRS (Orléans), partie A et à l’Université de Fudan (Shanghai), partie B. Partie A : les 2-et 3-carène sont deux composés organiques volatils biogéniques importants présents dans l’atmosphère dont les voies de dégradation sont encore mal connues. Afin de déterminer les constantes de vitesse des réactions de ces espèces avec l’ozone, nous avons utilisé trois systèmes expérimentaux complémentaires : des chambres de simulation d’ICARE de 7300L et 80000L (HELIOS) et un réacteur à flux laminaire. Les rendements de certains produits de réactions, le radical hydroxyle (OH), le formaldéhyde (HCHO) et le monoxyde de carbone (CO) ont aussi été déterminés. D’autre part, pour avoir une meilleure compréhension d’intermédiaires de réaction formés lors de l’ozonolyse, appelés intermédiaires de Criegee, un réacteur à flux laminaire à deux étages a été mis en place pour mesurer leurs constantes de vitesse de réaction avec SO2, NO2 et O3. Partie B : les impacts du “black carbon (BC)” et du “brown carbon (BrC)” constituent une incertitude majeure dans les modèles climatiques actuels. Des rapports récents indiquent que la morphologie et l’évolution des BC et BrC dans l’atmosphère jouent un rôle important sur la capacité d’absorption de ces particules. Afin d’étudier leurs comportements, des mélanges de particules (BC-BrC) ont été exposés en chambre de simulation atmosphérique à l'acide sulfurique, au mélange ammoniac / triéthylamine, et à la vapeur d'eau de manière séquentielle.

In this thesis, we present a complementary work conducted at ICARE-CNRS (Orléans), Part A and at Fudan University (Shanghai), Part B. Part A: 2-and 3-carene are two important biogenic volatile organic compounds present in the atmosphere. The knowledge on their degradation pathways and the corresponding products are still poor. Using complementary reaction systems-ICARE 7300 L and HELIOS 80000 L simulation chambers, vertical laminar flow reactor, their kinetic rate constants for reaction with ozone were determined. Additionally, important product formation yields, hydroxyl radical (OH), formaldehyde (HCHO) and carbon monoxide (CO) have been determined with indication to their corresponding formation routes from the ozonolysis of carene. To have a better understanding on reactions of Criegee intermediates (CIs) generated through ozonolysis in the atmosphere, a horizontal 2-stage laminar flow reactor was set up to measure the rate constants of CIs with SO2, NO2 and O3. Part B: Radiative forcing of black carbon (BC) in the atmosphere, as well as that of brown carbon (BrC), remains to be a major uncertainty in current climate models. Recent reports indicate that the absorption enhancement of BC and BrC particles is determined by evolution of morphology and mixing state during the atmospheric processing. Laboratory-generated BC-BrC mixture particles (BC-BrC) were exposed to sulfuric acid, ammonia/triethylamine, and water vapor sequentially to investigate the alternation in light absorption, morphology and mixing state during simulated atmospheric processing.