Dégradation atmosphérique des Composés Organiques Volatils oxygénés

Atmospheric degradation of oxygenated Volatile Organic Compounds

• Auteur / Autrice : Asma Grira
• Direction : André Canosa, Alexandre Tomas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique moléculaire
• Date : Soutenance le 18/02/2021
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Abdel Wahid Mellouki‎
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Émilie Perraudin, Gisèle El Dib
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bénédicte Picquet-Varrault

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cinétique chimique

Composés organiques volatils biogéniques

Mots clés libres

COVO

Réactivité atmosphérique

Spectre IR et UV

Cinétique

Mécanisme

AOS

OVOC

Atmospheric reactivity

IR and UV spectrum

Kinetic

Mechanism

SOA

Résumé

Les composés organiques volatils oxygénés (COVO), principalement émis par des sources biogènes, jouent un rôle majeur dans la chimie de l'atmosphère, le changement climatique, l'environnement et la santé. Il a été récemment démontré que ces émissions augmentent en cas de stress biotique et/ou abiotique. Les COVO biogéniques peuvent subir une variété de réactions, tant chimiques que photolytiques, et ils sont impliqués dans la formation d'Aérosols Organiques Secondaires (AOS). Ces composés ont été détectés dans diverses régions, mais il y a très peu d’informations sur leurs processus de dégradation sous conditions troposphériques. La compréhension des mécanismes d'oxydation de ces espèces est d'un intérêt fondamental et fournit des données cruciales pour les modèles atmosphériques qui sont utilisés par les responsables politiques pour formuler et décider des stratégies d'amélioration de la qualité de l'air. Cette thèse vise à améliorer les connaissances actuelles sur le comportement de ces COVO, pour une meilleure compréhension de leur impact sur la chimie atmosphérique. Dans ce travail, nous avons présenté une étude détaillée de la dégradation atmosphérique des aldéhydes insaturés en C5-C7 et des alcools insaturés en C5-C8 par ozone, l’atome Cl et le radical OH. Les principaux objectifs étaient de mieux comprendre le mécanisme de réaction et de mettre en évidence leur potentiel à former des AOS. Pour atteindre ces objectifs, nous nous sommes concentrés sur quatres volets : (i) détermination du spectre IR et UV des aldéhydes insaturés en C5-C7, (ii) détermination de la constante de vitesse pour les systèmes COVO + Oxydant étudiés à température ambiante, (iii) identification et quantification des produits en phase gazeuse, (iv) détermination des rendements en AOS. Les études sur les produits ont été menées avec et sans ajout d'un piégeur des radicaux OH. Les expériences ont été réalisées dans huit réacteurs différents, statiques (chambres) ou dynamiques (flux), et diverses techniques analytiques ont été utilisées pour étudier les produits de réaction (FTIR, GC-FID/MS, SPME-GC/MS, HPLC, PTR-ToF-MS, SIFT-MS, PLP-LIF) et la formation de SOA (SMPS, FMPS).

Oxygenated Volatile Organic Compounds (OVOCs), mainly released from biogenic sources, play a major role in atmospheric chemistry, climate change, environment, and health. These emissions have been recently shown to increase in the case of biotic and/or abiotic stresses. Biogenic OVOCs may undergo a wide variety of reactions, both chemical and photolytic, and they contribute in the formation of Secondary Organic Aerosols (SOAs). These compounds have been detected in various areas, but little is known about their degradation processes under tropospheric conditions. Understanding the oxidation mechanisms of these species is of fundamental interest and yields crucial data for atmospheric models used by policymakers in formulating and deciding strategies for improving air quality. This dissertation aims to improve the current knowledge of those OVOCs behaviors to better understand their impact on atmospheric chemistry. This work reports a detailed study of the atmospheric degradation of C5-C7 unsaturated aldehydes and C5-C8 unsaturated alcohols by ozone, Cl atom, and OH radical. The main objectives were to better understand the reaction mechanism and to feature the SOA formation potential. To achieve these objectives, we focused on four topics: (i) determination of IR and UV spectrum of C5-C7 unsaturated aldehydes, (ii) determination of the rate constant for the studied OVOCs + Oxidant at room temperature, (iii) identification and quantification of the gas-phase products, (iv) determination of the SOA yields. The product studies were investigated both with and without adding an OH radical scavenger. Experiments were performed in eight different static (chambers) or dynamic (flow) reactors, and various analytical techniques were used to investigate the reaction products (FTIR, GC-FID/MS, SPME-GC/MS, HPLC, PTR-ToF-MS, SIFT-MS, PLP-LIF) and SOA formation (SMPS, FMPS).