Impact de la réactivité multiphasique sur la composition et les propriétés physico-chimiques de l’aérosol atmosphérique

Impact of multiphase reactivity on the composition and physico-chemical properties of atmospheric aerosol

• Auteur / Autrice : Clément Dubois
• Direction : Christian George, Matthieu Riva
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie atmosphérique
• Date : Soutenance le 19/12/2022
• Etablissement(s) : Lyon 1
• 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)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Rairoux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian George, Matthieu Riva, Anne Monod, Laurent Deguillaume, Aline Gratien, Émilie Perraudin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Anne Monod, Laurent Deguillaume

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biomasse -- Combustion

Propriétés physico-chimiques

Environnement

Aérosols atmosphériques

Chimie de l'atmosphère

Mots clés libres

Pression de Laplace

Feux de biomasse

Réactions radicalaires

Diffusion

Capture réactive

Aérosols

Atmosphère

Réactions chimiques

Laplace pressure

Biomass burning

Radical reactions

Scattering

Reactive uptake

Aerosols

Atmosphere

Chemical reactions

Résumé

Les aérosols atmosphériques ultrafins font partis des plus abondants dans l’atmosphère. Leurs implications sur le climat et la qualité de l’air sont avérés. Les différents rapports du GIEC, ont cependant montré que les connaissances actuelles sont encore insuffisantes pour permettre de quantifier avec exactitude l’impact des aérosols sur le climat. Ces incertitudes viennent de la complexité des aérosols atmosphériques et de leur importance dans la formation des nuages. En effet, la formation et l’évolution de ces derniers dans l’atmosphère conduisent à des modifications de leur taille, composition chimique, morphologie, et par conséquent à des répercussions majeures sur leurs propriétés physicochimiques. Dans un premier temps, ces travaux de thèse se sont intéressés à l’impact des réactions chimiques sur les propriétés physico-chimiques des aérosols à diffuser la lumière. Ainsi, la réaction de capture de l’isoprène epoxydiols sur des particules sulfatées, a été montrée pour réduire l’intensité rétrodiffusée des aérosols formés. Dans un second temps, le travail réalisé au cours de cette thèse a eu pour objectif d’étudier l’implication de la pression sur la chimie en phase condensée des aérosols ultrafins, notamment dû à la pression de Young-Laplace qui peut être important pour les aérosols ultrafins (d < 100 nm). Ce travail de thèse a débuté par le développement et l’optimisation d’un système expérimental pour étudier les réactions chimiques sous pression. Il a ainsi été mis en évidence que les réactions de photodégradation (ici, de la vanilline) pouvaient être grandement modifiées à des hautes pressions comparables à celles de particules ultrafines. L’ensemble des résultats de ce travail de thèse ont permis de mettre en avant l’intrication des processus chimiques multiphasiques sur les propriétés physico-chimiques des aérosols atmosphériques.

Ultrafine atmospheric aerosols are among the most abundant in the atmosphere. Their implications on the climate and air quality are proven. The various IPCC reports however, have shown that current knowledge is still insufficient to quantify with precision the impact of aerosols on the climate. These uncertainties come from the complexity of atmospheric aerosols and their importance in cloud formation. Indeed, the formation and evolution of these one in the atmosphere lead to changes their size, chemical composition, morphology, and therefore could have major repercussions on their physicochemical properties. Initially, this thesis work focused on the impact of chemical reactions on the physico-chemical properties of light scattering aerosols. Thus, the reactive uptake of isoprene epoxydiols on sulfated particles has been shown to reduce the backscattered intensity of the aerosols formed. In a second step, the work carried out during this thesis aimed to study the implication of the pressure on the chemistry in the condensed phase of ultrafine aerosols, in particular due to the Young-Laplace pressure which can be important for ultrafine aerosols (d < 100 nm). This thesis work started with the development and optimization of an experimental system to study chemical reactions at high pressure. It was thus demonstrated that the photodegradation reactions (here, for vanillin) could be greatly modified at high pressures comparable to those of ultrafine particles. All the results of this thesis work made it possible to highlight the entanglement of multiphase chemical processes on the physico-chemical properties of atmospheric aerosols.