Caractérisation physico-chimique et réactivité d'espèces biogéniques sur un site de mesure en forêt des Landes : impacts sur la qualité de l'air

Physico-chemical characterization and reactivity of biogenic species at a measurement site in the Landes forest : impacts on air quality

• Auteur / Autrice : Kenneth Mermet
• Direction : Eric Villenave, Nadine Locoge
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Analytique et Environnementale
• Date : Soutenance le 17/12/2019
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Henri Wortham
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Villenave, Nadine Locoge, Vincent Michoud, Émilie Perraudin, Stéphane Sauvage, Sébastien Dusanter
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Agnès Borbon, Abdel Wahid Mellouki

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écologie des forêts

Monoterpènes

Composés organiques volatils biogéniques

Composés organiques volatils

Mots clés libres

Composés Organiques Volatils Biogéniques (COVB)

Monoterpènes

Reactivité

Ozone

Radical OH

Composés organique volatils oxygénés (COVO)

Biogenic Volatil Organic Compounds (BVOC)

Monterpenes

Reactivity

Ozone

Radical OH

Oxygenated Volatil Organic Compounds (OVOC)

Résumé

A l’échelle globale, les forêts sont parmi les écosystèmes les plus émetteurs de composés organiques volatils (COV). Une fois émis dans l’atmosphère, ces COV vont rapidement être oxydés en composés oxygénés. Selon leur volatilité et leur réactivité, ces produits d’oxydation pourront eux-mêmes être oxydés et rester soit en phase gazeuse et/ou être transférés dans la phase particulaire pour former des aérosols organiques secondaires (AOS). Cette thèse a eu pour objet principal de mieux caractériser les COV biogéniques (COVBs) en forêt des Landes, leurs concentrations et plus particulièrement leur réactivité avec les différents oxydants atmosphériques (i.e. le radical hydroxyle (OH), l’ozone (O3) et le radical nitrate (NO3)), afin d’identifier les principaux précurseurs de la formation des AOS biogéniques, au sein d’une forêt de pins maritimes. Le développement d'une nouvelle méthodologie chromatographique en phase gazeuse a permis la mesure spéciée et en ligne de 20 COVB comprenant l’isoprène, l’α- et le β-pinène, le 2 et le Δ3- carène, l’α- et le γ-terpinène, le linalool, le camphène, etc. Cette analyseur ainsi que d’autres instruments permettant la mesure de gaz traces et d’aérosols ont été utilisés au cours de l’été 2017 dans le cadre de la campagne intensive LANDEX, dans l’une des plus grandes forêts monospécifique d’Europe (>95% Pinus pinaster). Une analyse en composante principale des données météorologiques et des mesures en COVB, obtenues pendant la campagne a permis de montrer que les concentrations en COVB étaient principalement dépendantes de leurs émissions, de la température, de l'irradiation solaire et de la stabilité atmosphérique. L’analyse de la réactivité des COVB avec les principaux oxydants atmosphériques a permis de montrer le contraste entre le jour, où elle est principalement liée au radical OH et la nuit, où les processus d'ozonolyse dominent. Enfin, il a été mis en évidence que l’ozonolyse du β-caryophyllène, de l’α-pinène, du myrcène, et du linalol et l’oxydation de l’isoprène par le radical OH, étaient les principales sources de composés oxygénés, précurseurs d'AOS, en forêt des Landes.

At the global scale, forests are the largest emitters of VOCs. Once released into the atmosphere, VOCs will be fastly oxidized to oxygenated compounds. Depending on their volatility and reactivity, these oxidation products may themselves be re-oxidized, remain in the gas phase and/or be transferred to the particulate phase to form secondary organic aerosols (SOAs). This thesis aimed to better characterize biogenic VOC concentrations (BVOCs) and more especially their reactivity with atmospheric oxidants (i.e. the hydroxyl radical (OH), ozone (O3) and the nitrate radical (NO3)), in order to identify the main precursors of SOA formation within a maritime pine forest. The metrological development of a gas chromatographic analyzer has made possible the online and specified measurement of 20 BVOCs including isoprene, α- and β-pinene, 2 and Δ3-carene, α- and γ-terpinene, linalool, camphene, etc. This analyzer and some other instruments for the measurement of trace gases and aerosols were used during the summer of 2017 as part of the LANDEX intensive campaign in one of the largest pine forests in Europe (> 95% Pinus pinaster) located in the southwest of France. A principal component analysis of meteorological data and BVOC measurements showed that BVOC concentrations were mainly dependent on their emissions, the ambient temperature, the solar irradiation and the atmospheric stability. The analysis of the reactivity of the identified VOCs with the main atmospheric oxidants has helped to show the contrast between processes involving OH radical during daytime and ozonolysis at night. Finally, it was determined that the ozonolysis of β-caryophyllene, α-pinene, myrcene, and linalool, and the OH initiated oxidation of isoprene were the main sources of oxidation products, as SOA precursors, within the Landes forest.