L’impact des plantes des toits végétalisés sur l'élimination des polluants atmosphériques (NO2/O3) et sur le devenir photochimique des pesticides

Impact of green roof plants on the removal of air pollutants (NO2/O3) and on the photochemical fate of pesticides

• Auteur / Autrice : Yara Arbid
• Direction : Mohamad Sleiman, Claire Richard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie théorique, physique, analytique
• Date : Soutenance le 13/12/2021
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (Aubière, Puy-de-Dôme ; 2012-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Carole Bedos, Corinne Ferronato, Gilles Mailhot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Marc Chovelon, Eric Villenave

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pesticides

Pollution atmosphérique -- Lutte contre

Toits végétalisés

Photochimie

Mots clés libres

Photochimie

Qualité de l'air

Dépollution

Toits végétalisés

Pesticides

Photochemistry

Air quality

Depollution Green roofs

Pesticides

Résumé

La végétalisation des toits est une approche respectueuse de l'environnement pour aider à atténuer la pollution de l'air. De nombreuses études ont démontré, sur la base de modèles, la capacité de ce système à éliminer les polluants atmosphériques tels que les particules en suspension (PM), les oxydes d’azote (NOx), l’ozone (O3), etc. Dans cette thèse, l’objectif était de déterminer quantitativement le potentiel dépolluant de différentes espèces végétales utilisées sur les toits verts à l’égard de deux polluants atmosphériques prédominants : NO2 et O3 et d'examiner les réactions photochimiques entre les métabolites secondaires des plantes et les pesticides. Dans le premier chapitre, nous avons développé un dispositif expérimental qui nous a permis de mesurer les quantités de NO2/NO produites par imidaclopride (IMD), un insecticide. Ce premier dispositif a servi de base à un deuxième système utilisé pour étudier la capacité de dépollution des plantes. IMD a pu être utilisé comme source stable et continue de NO2. Dans le chapitre 2, le criblage de 13 espèces végétales a été effectué. Leur capacité à éliminer NO2 et O3 a été mesurée, ce qui a conduit à la sélection des 3 espèces les plus performantes : sedum sexangulare, thymus vulgaris et heuchera americana L. Les mécanismes d'absorption/élimination et les réactions possibles entre les polluants et les composés organiques volatils (COVs) ont été étudiés par microscopie électronique à balayage (MEB), piège à HONO, et par thermodésorption GC-MS (ATD-GC-MS). Dans le chapitre 3, les réactions photochimiques se produisant entre les substances volatiles émises par les espèces végétales utilisées sur les toits verts et les pesticides pulvérisés sur ces plantes ont été étudiés. Deux pesticides ont été sélectionnés : IMD, un agent nitrant/nitrosant et chlorothalonil (CT), un oxydant fort sous irradiation. Les principaux photoproduits ont été détectés et leurs toxicités aiguës/chroniques prédites à l'aide du logiciel ECOlogical Structure-Activity Relationship approach (ECOSAR). Ce travail constitue une avancée vers le développement de mesures expérimentales des performances de dépollution par les toits verts. La compréhension des mécanismes d'absorption et les réactions photochimiques doit permettre le choix d'espèces végétales/pesticides les plus appropriés pour les toits verts. À terme, cela facilitera le déploiement de toitures vertes en milieu urbain.

The green roof system is an environmentally friendly approach to help mitigate air pollution. Many studies estimate its removal capacity towards several air pollutants such as particulate matter (PM), nitrogen oxides (NOx), ozone (O3), etc. using dry-deposition models. In our studies, our aim was to quantitatively determine the depolluting potential of green roof plant species towards two prevalent air pollutants: NO2 and O3, and to examine the photochemical interactions possibly taking place on the surface of leaves. In chapter one, we built an experimental setup that enabled us to measure the NO2/NO concentration produced by Imidacloprid (IMD), an insecticide. This served as the base of the main setup used to study the depollution ability of plants and helped to find a stable and continuous source of NO2 using a chemical rather than pressurized gas cylinders. In chapter 2, screening of 13 plants species was done. Their capacity to remove NO2 and O3 was measured which further led to the selection of the 3 most performant species: sedum sexangulare, thymus vulgaris, and heuchera Americana L. The uptake/removal mechanisms were investigated using scanning electron microscopy (SEM), and Automated thermal desorption GC-MS (ATD-GC-MS) to inspect possible interactions between the pollutants and volatile organic compounds (VOCs). In chapter 3, photochemical processes occurring between volatiles emitted by green roof plant species and pesticides sprayed were studied. Two pesticides were selected: IMD, a nitrating/nitrosating agent, and chlorothalonil (CT), a strong oxidant. Possible photoproducts were detected with their acute/chronic toxicities predicted using an ECOlogical Structure-Activity Relationship approach (ECOSAR). This work is a step forward towards the development of experimental measurements of green roof depollution performance. By understanding the uptake mechanisms and the photochemical interactions taking place, the choice of appropriate green roof plant species/pesticides can become possible. Ultimately, this will facilitate the deployment of green roofs in urban environments.