Réactions photochimiques hétérogènes dans l'environnement intérieur

Heterogeneous photochemical reaction within the indoor environment

• Auteur / Autrice : Antoine Depoorter
• Direction : Christian George
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie atmosphérique
• Date : Soutenance le 11/12/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (Villeurbanne, Rhône)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Didier Léonard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian George, Véronique Daële, Patrice Blondeau, Coralie Schoemaecker, Didier Voisin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Véronique Daële, Patrice Blondeau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés organiques volatils

États électroniques de surface

Photochimie

Air ambiant intérieur

Mots clés libres

Air intérieur

Spectrométrie de masse

Acide nitreux

Photochimie hétérogène

Composés organiques volatils

Indoor air

Mass spectrometry

Nitrous acid

Heterogeneous photochemistry

Volatile organic compounds

Résumé

L’influence des surfaces dans l’environnement intérieur n’est à ce jour pas entièrement comprise. La matière qui s’y dépose au cours du temps forme un film qui peut engendrer des réactions avec les composés présents en phase gazeuse mais également avec des composés déjà présents en surface. Les émissions provenant des surfaces sont donc un sujet complexe limitant ainsi notre capacité à modéliser l’air intérieur et donc évaluer sa qualité. Ce travail de thèse se propose d’étudier l’influence de la photochimie sur les réactions pouvant avoir lieu sur les surfaces en intérieur. La première étude a été menée sur les acides gras, composés ubiquistes aux multiples sources en intérieur. Cette étude a montré que ces composés pouvaient produire des radicaux peroxyle et également promouvoir la photochimie des ions nitrate lorsqu’ils sont tous deux présents en surface. Une seconde étude s’est portée sur l’influence de la photochimie surfacique du furfural, un composé émis à partir des surfaces en bois. Le furfural peut produire des surfaces dotées de propriétés photochimiques pouvant également mener à la production d’acide nitreux. La présence du furfural et des acides gras pourrait influencer significativement la concentration de HONO en intérieur. Une troisième étude s’est portée sur la production d’aérosols à partir de la fumée de cigarette. Nous avons observé que la fumée de cigarette contient des produits présentant des propriétés photochimiques pouvant mener à une augmentation de la production d’aérosols. Cette étude s’est ensuite focalisée sur la nicotine, dont l’oxydation par l’ozone entraine la formation de particules. Des résultats similaires à ceux obtenus avec la fumée de cigarette ont été obtenus lorsque la nicotine est mélangée avec des composés organiques. Enfin, une campagne de mesure a été réalisée afin de déterminer les flux d’émissions de HONO à partir des échantillons de films collectés en intérieur et caractériser ces films. Le flux d’émission moyen de HONO calculé sous irradiations ultraviolettes durant cette campagne de mesure est en accord avec les concentrations retrouvées en air intérieur et du même ordre de grandeur que les résultats retrouvés lors des études menées durant cette thèse. Globalement, les résultats obtenus indiquent que la photochimie peut influencer les profils d’émissions des surfaces, générer de l’acide nitreux et, par extension, peut perturber la qualité de l’air intérieur

To date, surfaces’ influence within the indoor environment it still not well understood. The matter accumulating over time produces a grime, which can then react with gas phase compounds as well as others absorbed compounds. Emissions from surfaces are a complex subject, which limits our capacity to model indoor air and thus, evaluate its quality. This thesis aims to study the influence of photochemistry on the reactions that can occur indoor. The first study was focused on the photochemistry of fatty acids, an omnipresent compound indoor due to multiple sources. Peroxy radicals formation was observed as well as the promotion of nitrate ions photochemistry from photosensitizer effect. A similar study was conducted on furfural, a volatile organic compound emitted from wood-based surfaces, and its surface photochemistry. Furfural is able to produce a photoactive organic matrix which can also increase nitrous acid production from surfaces. It was suggested that furfural and fatty acids could have an important impact on the HONO concentrations measured indoor. A third study aimed to discuss the production of aerosols from cigarette smoke. Results indicated that cigarette smoke is a matrix containing photoactive products that can lead to an increase of aerosols production under ultraviolet irradiations. Attempts to reproduce these results were then conducted on nicotine mixed with different organics. Finally, a field campaign was performed in an indoor environment to collect grime samples and perform analyses to compare the results with the two first studies. HONO emission fluxes obtained during this campaign were in agreement with the reported indoor concentrations and are of the same order of magnitude as the obtained values for the fatty acids and the furfural when mixed with nitrate ions. Overall, the results obtained during this thesis showed that photochemistry, despite a lower irradiance, is still happening at the air/surface interface and that it can increase or modify the emissions from the surfaces. Nitrous acid was found to be produced under ultraviolet irradiations, which can by extension, influence indoor air quality