Production et échanges d'acide nitreux à l'interface plante-atmosphère

Nitrous acid production and exchanges at the plant - atmosphere interface

• Auteur / Autrice : Aurélie Marion
• Direction : Henri Wortham, Barbara D'Anna
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie de l'environnement
• Date : Soutenance le 16/12/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'Environnement (Aix-en-Provence ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire chimie et environnement (LCE) (Marseille) - Institut méditerranéen de la biodiversité et d’écologie marine et continentale (Marseille ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Valérie Gros
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benjamin Loubet, Laurence Galsomiès, Elena Ormeño Lafuente
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrice Coddeville, Mohamad Sleiman

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acide nitreux

Déshydratation

Chimie de l'atmosphère

Radical hydroxyle

Mots clés libres

Radicaux hydroxyles

Chimie atmosphérique

Réactivité solide / gaz

Stress hydrique

Échanges plante-Atmosphère

Acide nitreux

Hydroxyl radicals

Atmospheric chemistry

Solid/gas reactivity

Water stress

Plant-Atmopshere exchanges

Nitrous acid

Résumé

L’acide nitreux (HONO) est un important précurseur du radical hydroxyle, le principal oxydant atmosphérique en période diurne. Ainsi, la quantification des sources de HONO est indispensable pour estimer la capacité oxydante de l’atmosphère, qui est contrôlée par les radicaux hydroxyles. Cependant, la comparaison entre les mesures de terrain et les sorties des modèles de chimie atmosphérique ont mis en évidence l’existence de sources inconnues de HONO. De récentes études ont suggéré que le couvert végétal pourrait être une de ces sources manquantes de HONO. Par conséquent, ce travail de thèse a pour objectif d’évaluer le rôle des végétaux en tant que source de HONO dans l’atmosphère pour différentes conditions de température, d’humidité relative et de concentrations de NO2. Ce travail a été réalisé au travers d’expérimentations en laboratoire sur des feuilles coupées et en chambres de croissance sur des plants vivants. Il a ainsi été montré que la conversion hétérogène de NO2 en HONO pouvait avoir lieu à la surface de feuilles et que celle-ci augmentait fortement avec la concentration de NO2 et la température. Dans un second temps, une absorption de HONO par les plantes a été mise en évidence. Ainsi, la production nette de HONO dans l’atmosphère sera la différence entre la production hétérogène sur la surface des feuilles et l’absorption de HONO par les stomates. Cette production nette est significative à 26°C et sera maximale en été, pour des températures qui favorisent la production de HONO sur les surfaces foliaires et limitent sa consommation du fait d’une fermeture partielle des stomates. Les végétaux pourraient donc contribuer à la source manquante de HONO.

Nitrous acid (HONO) is an important precursor of hydroxyl radicals (OH), which are the main atmospheric oxidants during the day. The identification and quantification of HONO sources are therefore essential to estimate the oxidizing capacity of the atmosphere, governed by hydroxyl radicals. However, discrepancies between atmospheric chemistry models and field measurements revealed unknown HONO sources. Recent studies suggested that vegetation surfaces may be one of the missing sources. Therefore, this PhD work aims to assess the role of plants in HONO formation in the atmosphere for different conditions of temperature, relative humidity, and NO2 concentrations. This work was done through laboratory experiments on cut leaves and growth chamber experiments on living plants. The plant chosen for this study is Zea mays L., which is a widespread crop in France. It was shown that NO2 heterogeneous conversion to HONO is occurring on plant leaves and is increasing strongly with NO2 concentration (from 10 to 80 ppb) and temperature (from 20 to 40°C). Secondly, an absorption of HONO by plants was demonstrated. The absorption constant of HONO by maize leaves is correlated to stomatal opening from 10 to 26°C, and from 50 to 70% RH. Thus, the net production of HONO in the atmosphere will be the difference between the heterogeneous HONO production on leaf surfaces and the HONO assimilation through stomata. This net production is significant at 26°C and will be maximum during summer for temperature which favor HONO production on leaf surfaces and limit HONO consumption due to partial closure of the stomata. Plants could therefore contribute to the missing source of HONO.