Institut National Polytechnique de Toulouse

Sophie Moukhtar

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
Institut National Polytechnique de Toulouse N° d'ordre : 2198 THESE Pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE Discipline : Sciences des Procédés Présentée et soutenue publiquement par Sophie MOUKHTAR Le 11 février 2005 IMPACT DES EMISSIONS NATURELLES SUR LES EPISODES DE POLLUTION PHOTOCHIMIQUE. APPLICATION A LA REGION DU FOSSE RHENAN Jury MM. LE BRAS G. Rapporteur Directeur de recherche CNRS THUNIS P. Rapporteur Responsable de recherche, JRC BRUNET Y. Examinateur Directeur de recherche, INRA CROS B. Examinateur Professeur Université Paul Sabatier, Toulouse DOUSSIN J.F. Examinateur Maître de conférences, Université de Paris 7 TORRES L. Examinateur Professeur, INP Toulouse VAUTARD R. Examinateur Directeur de recherche, CNRS SIMON V. Directeur de thèse Maître de conférences, INP Toulouse ROUÏL L. Co-Directeur de thèse Ingénieur, INERIS

• contribution des cov biotiques dans la formation d'épisode photochimique


• impact des emissions naturelles sur les episodes de pollution photochimique


• émissions annuelles de cov par l'écosystème forestier


• ozone


• cov par les modèles de prévision de la qualité de l'air


• cov


• examinateur directeur de recherche

Sujets

• Institut national polytechnique de Toulouse
• Université de Paris

Informations

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• Publié le: 01 février 2005
• Nombre de lectures: 70
• Langue: Français
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Extrait

Institut National Polytechnique de Toulouse
N° d’ordre : 2198
THESE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE
DE TOULOUSE
Discipline : Sciences des Procédés
Présentée et soutenue publiquement par
Sophie MOUKHTAR
Le 11 février 2005
IMPACT DES EMISSIONS NATURELLES SUR LES
EPISODES DE POLLUTION PHOTOCHIMIQUE.
APPLICATION A LA REGION DU FOSSE RHENAN
Jury
MM. LE BRAS G. Rapporteur
Directeur de recherche CNRS
THUNIS P. Rapporteur
Responsable de recherche, JRC
BRUNET Y. Examinateur
Directeur de recherche, INRA
CROS B.
Professeur Université Paul Sabatier, Toulouse
DOUSSIN J.F. Examinateur
Maître de conférences, Université de Paris 7
TORRES L.
Professeur, INP Toulouse
VAUTARD R. Examinateur
Directeur de recherche, CNRS
SIMON V. Directeur de thèse
Maître de conférences, INP Toulouse
ROUÏL L. Co-Directeur de thèse
Ingénieur, INERISRESUME :
Les Composés Organiques Volatils (COV) biotiques jouent un rôle significatif dans la
formation et le développement d’épisodes de pollution photochimique. Leur forte réactivité et leur
abondance dans la troposphère, en font des précurseurs significatifs de l’ozone, des PANs et du
formaldéhyde.
La prise en compte de ces COV par les modèles de prévision de la qualité de l’air se heurte
aux incertitudes relatives à la quantification de leurs émissions et aux mécanismes chimiques de la
troposphère dans lesquels ils sont impliqués.
Dans ce contexte, la prise en compte des COV biotiques dans le modèle de chimie-transport
CHIMERE a été améliorée en intégrant une double approche, numérique et expérimentale. Concernant
les émissions biotiques, des mesures de terrain réalisées lors d’une campagne européenne, ont permis
la détermination sur site de taux et flux d’émission de COV biotiques de trois espèces forestières très
abondantes en France : Abies alba, Fagus sylvatica et Pseudotsuga menziesii, à partir de la méthode
des cuvettes instrumentées. Ces résultats, complétés par une étude bibliographique, ont permis de
mettre à jour la base de données des facteurs d’émission spécifique de la zone d’étude et de la France.
Cette base de données a été utilisée pour estimer les émissions annuelles de COV par l’écosystème
forestier français.
Concernant la réactivité des COV biotiques, une synthèse critique de la bibliographie a
conduit à l’élaboration d’un nouveau mécanisme chimique permettant de mieux modéliser leur
réactivité. Les développements effectués ont abouti à une nouvelle version du modèle CHIMERE dont
les résultats ont été évalués par rapport aux observation disponibles dans la région du Fossé Rhénan,
région fortement émettrice de COV biotiques. Si la modélisation des concentrations d’ozone est peu
affectée par les modifications apportées, la modélisation des concentrations de PANs et de
formaldéhyde y est nettement sensible.
Une importante étude de sensibilité relative à la prise en compte des COV biotiques dans les
modèles, a permis de mettre en évidence la nécessité et la pertinence de réaliser des compromis et des
simplifications pour modéliser la contribution des COV biotiques dans la formation d’épisode
photochimique à l’ozone. Des mesures de terrain et des travaux pour affiner la connaissance des
processus réactionnels seront néanmoins toujours nécessaires pour simuler correctement les autres
polluants secondaires ainsi que les aérosols organiques.
DISCIPLINE : Sciences des procédés
MOTS CLES : COV, terpènes, écosystème forestier, émissions, modélisation, CHIMERE, pollution
photochimique, ozone, PANs, formaldéhyde.
Laboratoire Chimie Energie et Environnement, Ecole Nationale Supérieure des Ingénieurs en Arts
Chimiques et Technologiques, 118, route de Narbonne, 31077 TOULOUSETABLE DES MATIERES
INTRODUCTION GÉNÉRALE.............................................................................................1
CHAPITRE I : LES COV BIOTIQUES.................................................................................5
1. GENERALITES SUR LES COV BIOTIQUES.................................................................................5
1.1. Qu’est ce qu’un COV ?...................................................................................................5
1.2. Les COV biotiques..........................................................................................................5
1.3. Mécanismes de biosynthèse............................................................................................8
1.4. Régulation des émissions de terpénoïdes aux échelles cellulaire et foliaire................10
1.5. Rôle des composés terpéniques....................................................................................13
2. MESURE DES ÉMISSIONS BIOTIQUES.............................................................................................14
2.1. Les méthodes micrométéorologiques............................................................................14
2.2. La méthode des cuvettes................................................................................................15
3. MODÉLISATION DES TAUX D’ÉMISSION.......................................................................................17
3.1. Elaboration des algorithmes d’émission biotique........................................................17
3.2. Détermination du flux d’émission à l’échelle du couvert végétal.................................19
3.3. Nouvelle méthodologie..................................................................................................20
4. CONCLUSION DU CHAPITRE I...........................................................................................................23
CHAPITRE II : CHIMIE TROPOSPHÉRIQUE DES COV BIOTIQUES.....................25
1. BREF RAPPEL SUR LA CHIMIE ATMOSPHERIQUE.......................................................................26
1.1. La troposphère..............................................................................................................26
1.2. L’ozone..........................................................................................................................27
1.3. Le radical hydroxyle .....................................................................................................31
1.4. Le radical Nitrate (NO )...............................................................................................323
2. PROCESSUS REACTIONNELS DES PRINCIPAUX TERPÈNES DANS LA TROPOSPHÈRE......33
2.1. Réactivité de l’isoprène.................................................................................................33
2.2. Réactivité de l’a-pinène................................................................................................39
2.3. Réactivité du b-pinène..................................................................................................43
2.4. Réactivité du D-limonène..............................................................................................47
2.5. Réactivité du sabinène..................................................................................................503. LES AUTRES MONOTERPÈNES.........................................................................................................52
4. LES AUTRES COV.................................................................................................................................55
4.1. Les sesquiterpènes.........................................................................................................55
4.2. Réactivité du MBO
5. RÉACTIVITÉ DES COMPOSES ORGANIQUES SECONDAIRES EN PHASE GAZEUSE.............57
5.1. Réactivité des carbonyles secondaires : MVK et MAC.................................................57
5.2. Le pinonaldéhyde, la nopinone et la sabina cétone......................................................60
6. CONVERSION GAZ/PARTICULES : FORMATION DES AÉROSOLS ORGANIQUES
SECONDAIRES................................................................................................................................................63
6.1. Généralités....................................................................................................................63
6.2. Les AOS bio tiques.........................................................................................................64
7. CONCLUSION DU CHAPITRE II.........................................................................................................65
CHAPITRE III : MODÉLISATION DES ÉPISODES DE POLLUTION
PHOTOCHIMIQUE – LES OUTILS .........................