Tesis sobre el tema "Aérosols atmosphériques – Aspect environnemental"

La connaissance des sources des particules dans le milieu ambiant est devenue une préoccupation majeure depuis que leur impact sur la santé est avéré. Ainsi, une connaissance détaillée de la nature des fines particules (PM) et de leurs sources, devient nécessaire pour quantifier l’importance des émissions sur la masse totale en PM. Dans ce contexte, l’objectif de ce travail est de mieux connaître la composition chimique et les sources de l’aérosol organique. Les travaux réalisés s’intègrent dans le cadre du projet MEGAPOLI. Deux campagnes ont été conduites en région parisienne en été et en hiver sur deux sites urbain (LHVP) et suburbain (SIRTA). Une caractérisation chimique des PM2.5 a été effectuée. La contribution des sources primaires des PM2.5 fut calculée par modélisation CMB et les résultats furent par la suite intercomparés à ceux obtenus par les approches AMS/PMF et radiocarbone 14C. L’analyse CMB montra qu’en hiver, les principales sources contributrices sont les sources primaires, dominées par les émissions véhiculaires et la combustion de la biomasse. En été, les concentrations de PM2.5 sont gouvernées par les espèces secondaires. D’après l’approche basée sur les marqueurs organiques secondaires, le SOA biogénique traditionnel contribue faiblement à la masse de PM2.5. La comparaison des deux approches CMB et AMS-PMF a montré qu’en hiver, les différences ont été observées pour les deux sources majeures d’aérosol organique : combustion de biomasse et source véhiculaire. En été, les différences obtenues sont moins marquées. Les comparaisons des résultats de modélisation CMB avec les mesures de 14C, approche totalement indépendante, montrèrent un bon accord
Knowing the sources of airborne fine particulate matter in ambient area became a major concern since their adverse effects on health were. Then, knowing in detail the nature and the sources of the fine particles (PM) is necessary to quantify the relative importance of the emissions on the total PM concentration. In this context, the main objective is to better know the chemical composition and the sources of the organic aerosol. This works is integrated within the MEGAPOLI framework. Two intensive campaigns were led in Paris region in summer and in winter at an urban (LHVP) and a suburban (SIRTA) sites. During the both sampling campaigns, a complete PM2.5 chemical characterization was made. The contributions of the PM2.5 primary sources were calculated by CMB modelling and the results were intercompared with those obtained by the AMS/PMF and the radiocarbon 14C approaches. The CMB analysis showed that in winter, the main contributing sources were primary, dominated by vehicular exhaust and biomass burning. In summer, the PM2.5 ambient concentrations were mainly governed by secondary species. According to the approach based on the secondary organic markers, the traditional biogenic SOA contribution to the PM2.5 mass was. The both CMB and AMS-PMF approaches comparison showed that in winter, the differences were particularly observed for both major organic aerosol sources: biomass burning and vehicular exhaust. In summer, the differences between both approaches were less visible. The comparisons of the CMB modeling approach results with the radiocarbon 14C measurements, a totally independent approach, show a very good agreement between both approaches

Actuellement, le dépôt sec d’aérosols en milieu urbain est peu connu du fait d’un manque de données.Ces connaissances sont pourtant indispensables pour comprendre les flux de polluants dans les villes et estimer l’exposition d’habitants à des rayonnements ionisants dans le cas d’aérosols radioactifs. Un apport de données permettrait en outre d’améliorer la modélisation du dépôt dans ce milieu. Une approche expérimentale originale est employée pour étudier le dépôt sec d’aérosols submicroniques sur des surfaces urbaines. L’association d’expérimentations en soufflerie et in situ et l’utilisation de traceurs permettent de mesurer des vitesses de dépôt sec et d’étudier les différents phénomènes physiques qui régissent ce dépôt en milieu urbain. Ces données sont associées à des conditions de météorologie et de turbulence quantifiées par des mesures. Cet ensemble permet de hiérarchiser l’influence des principaux phénomènes physiques pour chaque type d’expérimentation. Notamment,des phénomènes différents doivent être considérés prépondérants dans le cas d’expositions chroniques ou aigües des surfaces urbaines aux particules atmosphériques
Aerosol dry deposition is not much known for urban areas due to the lack of data. Knowledge on this phenomenon is necessary to understand pollutant fluxes in cities and to estimate inhabitant exposition to ionizing radiation of radioactive aerosols. A data providing could enable to enhance dry deposition models for these areas. An original experimental approach is performed to study submicron aerosol dry deposition on urban surfaces. Wind tunnel coupled to in situ experiments give results to study different physical phenomen on governing dry deposition. Dry deposition velocities are measured using aerosol tracers. These data are associated to turbulent and meteorological measured conditions. This database permits to classify the principal physical phenomenon for each experiment type. Finally, different phenomenon must be considered for chronic and acute exposition of urban surfaces to atmospheric particles

La connaissance des principales sources de l’aérosol permet d’améliorer, d’adapter et de cibler les mesures prises pour réduire les concentrations de particules fines. Ainsi, l’identification et la hiérarchisation des sources de particules fines sont des étapes essentielles à la mise en place d'une politique efficace d'amélioration de la qualité de l'air. Le travail mené durant cette thèse s’inscrit dans cette démarche puisqu'il avait pour objectif de quantifier les sources de PM2.5 en milieu industriel. Afin de répondre à cet objectif, deux campagnes de prélèvements ont été réalisés dont une sous les vents des principales activités industrielles afin de caractériser leurs émissions (profils) et une en zones urbaines caractéristiques de l’exposition de la population aux particules fines. Les résultats ont permis d'obtenir des empreintes représentatives des principales activités industrielles de la zone d'étude. L’analyse ME-2 menée a permis, avec la combinaison d’analyses radiocarbones, de déterminer que la source de combustion de biomasse est la source majoritaire pendant l’automne et l’hiver où les épisodes de PM2.5 ont été observés. La source industrielle est la source majoritaire des PM2.5 au printemps et en été mais ne constitue pas un driver fort de la concentration des PM2.5. Toutefois, cette étude a montré que les sources industrielles impactent significativement la population de particules (taille, composition, etc.) dans la zone d’étude
In order to limit the impact of air quality on human health, public authorities need reliable and accurate information on the sources contribution. So, the identification of the main sources of PM2.5 is the first step to adopt efficient mitigation policies. This work carry out in this thesis take place in this issue and was to determine the main sources of PM2.5 inside an industrial area. To determinate the main sources of PM2.5, two campaigns were lead to collect daily PM2.5 to: 1/ determine the enrichment of atmospheric pollutants downwind from the main industrial activities and 2/ collect PM2.5 in urban areas characteristic of the population exposition. Results allowed to obtain very representative profiles for the main industrial activities implanted inside the studied area. ME-2 analysis, combined to radiocarbon measurements, allowed to highlight the very high impact of Biomass Burning sources for all the PM2.5 pollution events recorded from early autumn to March. This study showed that industrial sources, even if they are the major sources during spring and summer, are not the major PM2.5 driver. However, this study highlights that industrial sources impact significantly the aerosol population (size, composition, etc.) in the studied area

Que ce soit par rejets chroniques ou accidentels, l’impact d’une installation nucléaire sur l'environnement dépend essentiellement des transferts atmosphériques qui, comme le montre l'accident de Fukushima, impacts sur l’environnement et les populations. Ce travail s’intéresse à la caractérisation et à la modélisation du dépôt sec des aérosols submicroniques sur des surfaces liquides en mouvement telles que des rivières. Compte tenu de l’inexistence de données sur le dépôt sec des aérosols submicroniques sur une surface liquide en mouvement, la démarche s’est appuyée sur : 1) l’acquisition expérimentale de vitesses de dépôt et 2) l’analyse et l’interprétation des résultats au moyen d’un travail de modélisation. Les expérimentations de dépôts ont été réalisées avec des aérosols d’uranine injectés dans la maquette de la soufflerie IOA-IRPHE. Ces expérimentations ont permis d’obtenir de nombreuses vitesses de dépôt sec pour différentes configurations caractérisées en fonction des conditions de vent, de courant, d’ambiance, de déformations de la surface liquide (mesures des vagues) et de distribution granulométrique des aérosols injectés. La partie modélisation a consisté à adapter le modèle à résistance de Slinn et Slinn (1980). Les principales adaptations apportées par ce travail ont consisté à prendre spécifiquement en compte les différentes classes de particules du spectre granulométrique du champ aérosolique, à évaluer les évolutions de ce spectre en fonction des mécanismes d’hygroscopicité et d’agrégation et à intégrer les mécanismes de diffusiophorèse et de thermophorèse
Whether by chronic or accidental releases, the impact of a nuclear installation on the environment mainly depends on atmospheric transfers; and as the accidents at Chernobyl and Fukushima show, affect the contamination of surfaces and impacts on the environment and the population. This work focuses on the characterization and modeling of dry deposition of submicronic aerosols on liquid surfaces in motion such as rivers. The evaluation of dry deposition is based on the estimation of flux modeling as the product of particle concentration and deposition velocity. Due to the lack of data on the dry deposition of submicronic aerosols on a liquid surface in motion, the approach was based on two axes: 1) the acquisition of experimental deposition velocities and 2) the analysis and interpretation of results through modeling. The experiments were performed with uranine aerosols released into the IOA-IRPHE wind tunnel. These experiments have given many dry deposition velocities for different configurations characterized according to wind, current, ambient temperature and relative humidity, the liquid surface deformations (measured significant wave height) and size distribution of aerosols released. The modeling part was to adapt the model to resistance. Slinn and Slinn (1980). The main adjustments made by this work have been to take specific account of the different classes of particle size distribution, the spectrum variation as a function of hygroscopicity, and mechanisms of aggregation. It is integrated mechanisms of diffusiophoresis and thermophoresis, respectively produced by the evaporation of water and the temperature gradient at the air-water interface

Il est reconnu que les aérosols atmosphériques d’origine anthropique ont eu un impact significatif sur le système climatique au cours des dernières décennies via leurs interactions avec le rayonnement et les nuages. Outre ces processus physiques bien connus mais mal compris, des études récentes ont fait état de fortes influences des aérosols sur le cycle du carbone, en particulier sur sa composante terrestre. Les changements du cycle du carbone vont alors modifier le climat par le biais de la rétroaction climat-carbone. On ne sait toujours pas bien dans quelle mesure les aérosols anthropiques perturbent le cycle du carbone terrestre. Cette thèse vise à quantifier et à attribuer les impacts des aérosols anthropiques sur le cycle terrestre en utilisant une approche de modélisation. Au chapitre 2, un ensemble de simulations « hors ligne » utilisant le modèle de surfaces continentales ORCHIDEE forcé par les champs climatiques de différents modèles climatiques de la génération CMIP5 ont été réalisées pour étudier les impacts des aérosols anthropiques sur le cycle du carbone terrestre au travers de leurs impacts sur le climat. Les résultats indiquent une augmentation du puits de carbone terrestre de 11,6 à 41,8 PgC cumulé entre 1850 et 2005 en raison des aérosols anthropiques. L'augmentation de la production nette du biome (net biome production, NBP) se situe principalement dans les tropiques et les latitudes moyennes de l’hémisphère nord. Le refroidissement induit par les aérosols est le principal facteur à l'origine de cette évolution de la NBP. Aux hautes latitudes, le refroidissement induit par les aérosols a provoqué une diminution plus forte de la production primaire brute (gross primary production, GPP) que de la respiration totale de l'écosystème (total ecosystem respiration, TER), ce qui a entraîné une baisse de la NBP. Aux latitudes moyennes, la diminution de la TER due au refroidissement est plus forte que celle de la GPP, ce qui entraîne une augmentation nette de la NBP. Aux basses latitudes, la NBP a également augmenté en raison de l'augmentation de la GPP due au refroidissement, mais la diminution des précipitations régionales en réponse aux émissions d'aérosols anthropiques peut annuler l'effet de la température. Comme les modèles de climat sont actuellement en désaccord sur la manière dont les émissions d'aérosols affectent les précipitations tropicales, la modification des précipitations en réponse aux aérosols devient la principale source d'incertitude dans les changements de flux de C causés par les aérosols. Les résultats suggèrent qu'une meilleure compréhension et simulation de la manière dont les aérosols anthropiques affectent les précipitations dans les modèles de climat est nécessaire pour une attribution plus précise des effets des aérosols sur le cycle du carbone terrestre. Le chapitre 3 présente le développement et l'évaluation d'une nouvelle version du modèle ORCHIDEE appelé ORCHIDEE_DF. Par rapport à la version standard d’ORCHIDEE, ORCHIDEE_DF comprend un nouveau module de partitionnement de la lumière pour séparer le rayonnement solaire descendant en ses composantes directe et diffuse, ainsi qu'un nouveau module de transfert radiatif pour simuler la transmission du rayonnement diffus et direct dans la canopée, et différentier l'absorption de la lumière parles feuilles éclairées et ombragées. Le nouveau modèle ORCHIDEE_DF a été évalué à l'aide d'observations de flux par la méthode « eddy covariance » provenant de 159 sites de mesures sur le globe
Anthropogenic atmospheric aerosols have been recognized to have significantly affected the climate system through their interactions with radiation and cloud during the last decades. Besides these well-known butpoorly-understood physical processes in the atmosphere, recent studies reported strong influences of aerosols on the carbon cycle, especially its terrestrial component. The changes in carbon cycle will further alter the climate through the climate-carbon feedback. It remains uncertain how much anthropogenic aerosols perturb the land carbon cycle. This thesis aims to quantify and attribute the impacts of anthropogenic aerosols on the terrestrial cycle using a modeling approach. In Chapter 2, a set of offline simulations using the ORCHIDEE land surface model driven by climate fields from different CMIP5 generation climate models were performed to investigate the impacts of anthropogenic aerosols on the land C cycle through their impacts on climate. The results indicate an increased cumulative land C sink of 11.6-41.8 PgC during 1850-2005 due to anthropogenic aerosols. The increase in net biome production (NBP) is mainly found in the tropics and northern mid latitudes. Aerosol-induced cooling is the main factor driving this NBP changes. At high latitudes, aerosol-induced cooling caused a stronger decrease in gross primary production (GPP) than in total ecosystem respiration (TER), leading to lower NBP. At mid latitudes, cooling‐induced decrease in TER is stronger than for GPP, resulting in a net NBP increase. At low latitudes, NBP was also enhanced due to the cooling‐induced GPP increase, but regional precipitation decline in response to anthropogenic aerosol emissions may negate the effect of temperature. As climate models currently disagree on how aerosol emissions affect tropical precipitation, the precipitation change in response to aerosols becomes the main source of uncertainty in aerosol-caused C flux changes. The results suggest that better understanding and simulation of how anthropogenic aerosols affect precipitation in climate models is required for a more accurate attribution of aerosol effects on the terrestrial carbon cycle

Le travail entrepris s’inscrit dans la problématique d’une meilleure connaissance de la composition chimique de l’aérosol atmosphérique, en milieu urbain. Les objectifs sont d’étudier la contamination de la phase particulaire par différentes familles de composés, en réalisant un suivi saisonnier et journalier des concentrations. Les campagnes de prélèvements de particules (PM10) ont été réalisées simultanément sur les sites de Besançon, de Spicheren et de Strasbourg, en scindant l’échantillonnage d’air en quatre périodes de six heures de prélèvement par jour. La plupart des concentrations relevées à Strasbourg sont supérieures à celles observées sur les sites de Besançon et de Spicheren. Le suivi saisonnier de la contamination des composés a permis de mettre en évidence que mis à part quelques exceptions, les concentrations des produits, sont en général supérieures l’hiver, que pendant des saisons moins froides. D’une manière générale, en période estivale, il ressort de cette étude que la principale source des composés, semble particulièrement liée au trafic automobile. En période hivernale, à cette source, s’ajoute le chauffage résidentiel et sur le site de Strasbourg, une source industrielle possible par transport. Une source d’émission liée aux activités de cuisine est également présente toute l’année, préférentiellement sur le site de Strasbourg. Enfin, pour les composés émis uniquement à partir de la combustion de biomasse, l’apport du chauffage résidentiel au bois, en période hivernale, fait augmenter l’abondance de ces composés
The purpose of this study is intended to obtain a better knowledge of the chemical composition of atmospheric aerosols in urban areas. The study targets the evaluation of the airborne particulate phase contamination by various families of pollutants compounds, by carrying out seasonal and daily follow-up of their concentration levels. The PM10 particles sampling was carried out simultaneously related to the Besancon, Spicheren and Strasbourg target areas, all conducted by taking air samples on a daily basis, collecting four consecutive batches, each of a duration of six hours along a day. The most of the concentrations levels collected from the Strasbourg area are higher than those observed on the Besancon and Spicheren areas. Seasonal follow-up of the contamination by compounds made it possible to highlight that apart some exceptions, the studied concentrations, are in general higher the winter, than during milder seasons. Generally, regarding the summer period, it appears from the study that the main source of these compounds seems especially related to the automobile traffic. In winter period, this main source is completed by domestic heating, and for the Strasbourg area, by an apparent industrial source by airborne transportation. A source of emission related to the activities of kitchen is also present all over the year, mostly on the Strasbourg area. Last of all, related to the compounds only emitted from the biomass combustion, the contribution from domestic heating using wood in cold season, increases the abundance of the studied compounds

Les aérosols minéraux constituent une des plus importantes sources en masse des aérosols atmosphériques. Ces particules ont différents impacts sur l'environnement : elles exercent un forçage radiatif, et peuvent intervenir dans la chimie hétérogène atmosphérique, ainsi que dans la dynamique des nuages. Elles jouent aussi un rôle dans la redistribution de matière à l'échelle globale, notamment par leur dépôt loin des zones sources. L'estimation des quantités d'aérosols minéraux présents dans l'atmosphère, et donc de leurs flux d'émission, qui se font sous l'action du vent en zones arides et semi-arides, demeure l'objet de fortes incertitudes. Si les émissions de particules minérales en zones arides sont relativement bien contraintes à l'heure actuelle, les processus d'érosion éolienne en zones semi-arides sont plus complexes, en raison notamment de la dynamique des états de surface. L'objectif de cette étude est de quantifier les émissions d'aérosols minéraux par érosion éolienne en zone semi-aride sahélienne, et plus précisément d'estimer l'impact de la végétation saisonnière sur ces émissions, sans prendre en compte à ce stade les perturbations induites par l'action de l'homme. Nous avons mis en œuvre des outils de modélisation pour simuler le couvert végétal saisonnier et l'émission d'aérosols par érosion éolienne. La zone d'étude est la ceinture sahélienne, de 10°N à 20°N et de 20°W à 35°E. Les résolutions spatiales retenues sont de 0.10° à 0.25° et 0.5°, et la résolution temporelle de 1 à 10 jours. Afin de pouvoir tenir compte de la variabilité interannuelle des phénomènes observés, la couverture temporelle de l'étude est de 4 ans, sur la période 2004-2007. En régions semi-arides, la disponibilité en eau est le principal facteur limitant le développement de la végétation. Trois produits d'estimation des précipitations issus d'observations satellitaires (CMORPH, RFE2.0 et TRMM3B42) ont donc été comparés entre eux et comparés à des mesures de pluviomètres spatialement interpolées (AGHRYMET), au cours de la saison des pluies au Sahel. Trois critères de comparaisons ont été définis pour qualifier leur pertinence en termes de dynamique de la végétation (distribution spatiale, fréquence journalière et quantités des précipitations). Les trois produits sélectionnés montrent un bon accord sur la ceinture sahélienne, et ce pour les trois critères. De plus, le niveau d'accord est stable au cours du temps, de l'échelle intrasaisonnière à l'échelle interannuelle. La végétation est simulée avec le modèle STEP, conçu spécifiquement pour reproduire la dynamique de la végétation sahélienne. Les simulations sont réalisées en utilisant en entrée les trois champs de pluie issus de l'étape précédente. Les résultats sont comparés à des observations régionales issues de mesures satellitaires (LAI MODIS). Les critères de comparaisons sont déterminés pour leur pertinence en termes de caractérisation de l'état de la surface (limite nord, dates de démarrage et de maximum, et valeurs du maximum de végétation). Ces comparaisons montrent la capacité du modèle utilisé à reproduire la dynamique régionale annuelle. Les différentes phases du cycle végétatif sont bien restituées, avec toutefois des réserves sur le démarrage précis de la pousse. Les émissions d'aérosols désertiques sont simulées en utilisant le modèle DPM, qui repose sur la description explicite des processus physiques mis en jeu. Les caractéristiques des états de surface en l'absence de végétation (rugosité, types de sol) sont décrites en se basant sur des produits de surface satellitaires et de données issus de d'analyses géomorphologiques. En période végétative, les caractéristiques du couvert végétal simulé (hauteur, taux de couverture) sont converties en termes de rugosité dynamique de la surface. L'effet de l'humidité gravimétrique de la couche superficielle du sol est également pris en compte. L'impact de ces différents facteurs est alors illustré, notamment les différences dues à la présence du couvert végétal, en termes d'émissions d'aérosols minéraux, dans une zone définie comme la " frange émissive saisonnièrement végétalisée ", et dont l'étendue varie selon l'année et le produit de pluie utilisé en forçage. Pour la période 2004 à 2007, la strate herbacée saisonnière présente ainsi une capacité d'inhibition des émissions de l'ordre de 8 à 28% en masse du flux total annuel de cette frange, qui lui peut varier de 1 à 30 Mt environ.

Ce travail de thèse approfondit les connaissances dans le domaine de l'impact de la pollution atmosphérique sur la santé publique. Il apporte, notamment, des réponses aux questions que les professionnels et les décideurs se posent consernant, principalement, la quantification et l'interprétation des risques pour la santé liés à cette pollution, et les conséquences de ces risques en terme de santé publique. Le travail rapporté dans cette thèse a débuté en 1990 en Ile-de-France par une revue de la littérature sur les 10 années précédentes. Il s'est poursuivi aux niveaux national et européen par un travail de recherche et de santé publique, pour comprendre et développer les méthodes et outils nécessaires pour répondre aux questions posées. Nos recherches ont fourni les premières estimations sur les risques à court terme pour la santé liés à des niveaux de pollution couramment observés en dehors des pointes de pollution et en dessous des valeurs limites réglementaires. . .

L'objectif de cette etude etait de decrire la dynamique des cycles tropospheriques et oceaniques du plomb en mediterranee occidentale et en atlantique-est au moyen des isotopes stables du plomb, afin d'affiner les modeles de transfert existant. Nous avons montre la variabilite spatiale des signatures isotopiques du plomb tropospherique sur le pourtour ouest mediterraneen ainsi que l'evolution transitoire des contributions respectives de l'industrie et des emissions automobiles. Les isotopes stables du plomb et les concentrations ont ete mesurees simultanement dans la colonne d'eau sur la fraction dissoute et particulaire, les particules sedimentaires et le sediment en mediterranee. Ces resultats inedits ont permis a la fois de determiner les sources (apports sporadiques sahariens, remobilisation du sediment superficiel) et d'etudier les processus de transferts (echanges particulaires/dissous, repackaging, melange des masses d'eau) se deroulant en mer ouverte (mer ligure) et sur une marge continentale (golfe du lion). En atlantique est, le premier profil de composition isotopique de plomb dissous a permis de montrer la contamination en plomb des eaux profondes (3000m) et de confirmer la presence dans les eaux intermediaires (200 a 1000m) du signal isotopique de plomb americain advecte que nous avions deja observe sur des particules sedimentaires (ferrand, 1996). La contamination des eaux profondes est expliquee, au site oligotrophe, par un apport advectif de masse d'eau riche en plomb anthropique peu radiogenique et, au site mesotrophe, par la remineralisation d'une fraction du plomb particulaire (45%) acquis dans les eaux de surfaces. Le processus de repackaging globalement faible sur la zone oligotrophe (2412%) est discute et compare a celui calcule en mer des sargasses (30%)

L’aviation émet de grandes quantités de gaz et de particules dans l’atmosphère contribuant, d’une part, à la détérioration de la qualité de l’air à une échelle locale et d’autre part, au forçage radiatif atmosphérique et donc au changement climatique. Une voie envisagée pour limiter l’impact de l’aviation est l’utilisation de carburants alternatifs. Les biocarburants sélectionnés dans cette optique tendent à avoir des teneurs en soufre et en composés aromatiques réduites, ce qui induit une diminution de la quantité d’acide sulfurique formé dans les panaches d’avions ainsi que des suies émises. La modification de la nature et de la composition des carburants utilisés peut entraîner des conséquences inattendues. Il s’avère alors essentiel d’étudier et de déterminer l’évolution des aérosols dans les panaches d’avions. Pour cela, un modèle microphysique précédemment testé lors de la combustion de kérosène classique a été utilisé et amélioré. Après avoir déterminé les émissions « types » des carburants alternatifs, des simulations ont été menées afin de prédire l’évolution et le comportement des aérosols. Plusieurs processus ont nécessité des révisions tels que la congélation homogène ou encore le comportement des composés organiques
Aircraft emit important amounts of particulate and gaseous matter in the atmosphere contributing on the one hand to local air pollution and on the other hand to the atmospheric radiative forcing and to climate change. Introducing alternative fuels in aviation can be considered as a viable option to reducing the impact of aviation, being economically and environmentally sustainable. These selected biofuels tend to have lower aromatic and sulphur contents inducing a simultaneous reduction in sulphuric acid and soot emissions. However modifying the nature and composition of the fuel used can entail unexpected consequences. It is therefore essential to study and determine the evolution of aerosols in the aircraft plume. To manage this task, a microphysical trajectory box, previously tested with standard kerosene, has been developed. After an assessment concerning the typical emissions from the combustion of biofuels in aviation, simulations have been undertaken in order to predict aerosol evolution. Several microphysical processes have been revised such as droplet homogeneous freezing or the behaviour of organic compounds

Ce travail a pour but de quantifier les emissions de gaz traces dans l'atmosphere par les retenues hydroelectriques a partir d'une etude de cas en guyane francaise. Les emissions de methane, gaz carbonique et hydrogene sulfure ont ete mesurees sur la retenue de petit saut, sur la riviere sinnamary pendant une periode de 2 ans. Depuis le debut du remplissage, 310 km#2 de foret tropicale ont ete noyes. Nous avons mesure les emissions de methane et de gaz carbonique resultant de la diffusion et de l'effervescence a la surface du lac et du degazage de l'eau rejetee dans la riviere, ainsi que le stock des gaz en solution et leurs evolutions temporelles. Des emissions maximales de 800 tonnes (ch#4) par jour ont ete observees en fevrier 1995, correspondant a des concentrations moyennes de 14 mg. L#-#1 de ch#4 dissous dans la colonne d'eau. L'oxydation biologique du methane se traduit par une forte consommation d'oxygene dans l'eau de la retenue et de la riviere. Les emissions totales de ch#4 et co#2 ont ete determinees a partir de l'ensemble des donnees, ce qui a permis le calcul de la perte de carbone depuis le debut du remplissage. Une tentative d'extrapolation temporelle des emissions de methane de la retenue de petit saut sur une periode de 20 ans a ete realisee grace a des mesures effectuees sur des barrages plus anciens en cote d'ivoire. Ces donnees ont ete utilisees pour contraindre un algorithme representant l'evolution temporelle du methane dissous dans une retenue tropicale. Il permet de calculer l'emission potentielle de methane ainsi que le bilan approche du carbone de la retenue de petit saut. En 20 ans, l'emission de methane pourrait atteindre 500 000 a 1 million de tonnes alors que 35% du stock de carbone de la biomasse submergee pourrait etre perdu sous forme d'emission gazeuses dans l'atmosphere. Enfin une extrapolation spatiale est effectuee au moyen d'une statistique des barrages dans le monde. Une premiere estimation des emissions de methane par les retenues artificielles est proposee ; elle montre que cette source anthropogenique devrait etre prise en compte dans le bilan global du methane

L'augmentation de la fréquence des pathologies allergiques est un problème de santé publique. Les études portant sur les enfants étant issus de l'environnement fermier ont démontré des prévalences faibles de maladies allergiques, cependant les facteurs protecteurs environnementaux n'ont pas tous été identifiés. Nous présentons les résultats microbiologiques et palynologiques du bioaérosol en milieu agricole (composition et variation), et principalement ceux de l'étude PASTUREmicrobio rassemblant des fermes et des logements (fermiers et ruraux) de la cohorte de naissance européenne PASTURE. La contamination en hiver des étables est de l'ordre de 10 exposant 4 UFC/m3 pour les bactéries cultivables, de [10 exposant 4 - 10 exposant 5] grains/m3 de pollens de graminées, de [10 exposant 4 - 10 exposant 5] UFC/m3 pour les actinomycètes et de [10 exposant 5 - 10 exposant 6] spores-UFC/m3 pour les spores et les micro-organismes fongiques. Les facteurs significativement associés à cette contamination sont la saison et la distribution d'alimentation au bétail. La fréquentation de l'étable expose à de fortes concentrations polliniques après distribution de foins, dépassant les valeurs mesurées à l'extérieur en saison estivale. La contamination des chambres d'enfants fermiers est influencée par celle de l'étable, plus diversifiée et significativement plus élevée en hiver par rapport aux chambres d'enfants ruraux. Il existe une exposition différentielle entre enfants ruraux et fermiers au bioaérosol à l'étable et au domicile : exposition répétée et perannuelle aux pollens de graminées à l'étable accompagnée d'une importante co-exposition microbienne bactérienne et fongique. Ces caractéristiques sont des facteurs potentiels pour expliquer la protection du milieu fermier vis à vis des maladies allergiques
The increase in allergic diseases is a public health problem. The studies on farmer's children have shown that children early exposed to farm environment are protected against allergy and asthma and few environmental factors have being yet identified. We present the microbiological and palynologic results of the bio-aerosol contamination in farming setting, its variability and its kinetic, and the results of the PASTUREmicrobio study focusing on a sub-set of farms and dwellings (farmer and rural) within the european PASTURE cohort. The level of airborne contamination of the cattle sheds in winter is 10 exposant 4 UFC/m3 for the cultivable bacteria, [10 exposant 4 - 10 exposant 5] grains/m3 for graminaceous pollens, [10 exposant 4 - 10 exposant 5] UFC/m3 for the actinomycetes and [10 exposant 5 - 10 exposant 6] UFC-spores/m3 for the fungal micro-organisms and spores. Factors significantly associated with the airborne contamination are the seasonal variation and the feeding distribution to livestock. The pollen concentration measured in winter in cattle shed exceeds the outdoor ones during the summer season. The contamination of farm child rooms is linked to the cattle shed's one which is diversified and significantly higher in winter compared to rural children contamination. A differential exposition of rural and farmer children to the bio-aerosols in the stables and dwellings also exist. This work highlights a high and per annual pollen exposure within cattle sheds in parallel with a high bacterial and fungal co-exposure. Those characteristics are potential factors that might explain the protective effect of farming environment against allergic diseases

Le travail présenté contribue à préciser le devenir troposphérique de composés d’origine anthropique : les pesticides utilisés dans l’agriculture et les composés aromatiques émis par diverses activités industrielles. Quatre pesticides (le dichlorvos, la trifuraline, le diazinon et la fenpropidine), la diéthylaniline, quatre composés aromatiques (le styrène, l’a-méthylstyrène, le b-méthylstyrène, le 2-méthylstyrène et l’indène) ont fait l’objet d’études cinétiques et de mécanismes en phase gazeuse de dégradation par photolyse, réaction avec le radical OH et/ou avec l’ozone. Ces recherches s’inscrivent dans le cadre de deux projets du MEDD (Ministère de l’Ecologie et du Développement Durable), les projets PACT et PRIMEQUAL, et ont été menées en collaboration dans différents laboratoires (LCSR d’Orléans et CEAM de Valence en Espagne). Les techniques expérimentales utilisées regroupent la spectrométrie d’absorption UV-visible et les chambres de simulation atmosphérique française et européenne riches de moyens analytiques tels que la spectrométrie infrarouge, la chromatographie, les compteurs de particules. . . L’ensemble des résultats a permis de discuter l’impact atmosphérique des composés étudiés en termes de persistance et de toxicité.

"[L]a pollution de l'air [fait] peser une menace importante sur le plan sanitaire partout dans le monde." L'OMS estime ainsi que, pour l'année 2012 (OMS, 2014), plus de 3,7 millions de décès prématurés dans le monde seraient imputables à la seule pollution de l'air, dont près de 70% surviendraient en ville. Pourtant la connaissance du dépôt sec, particulièrement en milieu urbain, reste très parcellaire. L'object de ce travail de thèse vise à améliorer la compréhension des mécanismes de dépôts atmosphériques en milieu urbain. Historiquement, les dépôts atmosphériques ont été étudiés et modélisés sur des couverts végétaux, plan d'eau ou surface nue, et ce afin d'évaluer, notamment, l'impact sur les écosystèmes des dépôts acides, ou encore de l'eutrophisation. Or, le milieu urbain est caractérisé par une géométrie complexe, et des surfaces variées. Par conséquent, ces modèles de dépôts atmosphériques peuvent ne pas convenir pour simuler les flux de dépôts dans les zones urbaines.Le modèle développé dans cette thèse est un modèle à longueur de mélange. Ces travaux se sont attelés à prendre en compte les principaux processus qui prennent place au sein de la canopée urbaine en modifiant la longueur de mélange et en la rendant dépendante des caractéristiques morphologiques de la ville. Aussi, le profil des vitesses de vent moyen est directement impactée par ce changement de longueur de mélange. Par conséquent, ce nouveau modèle offre la possibilitéde calculer les dépôts secs en milieu urbain en fonction de quelques paramètres représentant les principales caractéristiques de la canopée urbaine (hauteur moyenne des bâtiments, largeur moyenne des rues, densité du bâti)
Pas de résumés

Le domaine de la qualité de l’air intérieur (QAI) attire de plus en plus l’intérêt des chercheurs, intérêt parfaitement compréhensible sachant que les citadins passent plus de 80% de leur temps à l’intérieur des bâtiments. Beaucoup d’études expérimentales ont analysé l’influence des paramètres environnementaux sur le processus d’émission des Composées Organiques Volatils (COV) et sur l’effet de puits des matériaux du bâtiment. Alors que pour la température elles ont conduit à un consensus, pour l’humidité les conclusions sont souvent différentes. Ce constat représente la motivation principale de notre étude. Notre travail traite d’une étude expérimentale sur la détermination des paramètres phénoménologiques et d’une modélisation statique et d’une modélisation dynamique des interactions polluant gazeux/ humidité/ paroi. A ce titre une description des phénomènes est présentée. Compte tenu du manque de données concernant les coefficients phénoménologiques nous avons cherché et trouvé des corrélations entre les caractéristiques physico-chimiques et ces coefficients. De plus, nous avons mené des expérimentations pour caractériser des équilibres d’adsorption polluant/matériau et pour décrire la distribution porosimétrique des matériaux. Ces derniers essais nous permettent de calculer les coefficients de diffusion effectifs des COV et de quantifier la condensation dans les pores. La dernière phase de l’étude a consisté à intégrer les modèles de transfert de masse dans un code de simulation sous MATLAB. Cette approche permet de reproduire le transport des polluants gazeux, de l’humidité dans la paroi et d’étudier l’influence de l’humidité sur les interactions COV/parois
The indoor air quality (IAQ) field has gained considerable interest of many researchers, interest clearly justified by the fact that the citizens spend more then 80% of their time inside of the buildings. During the past 15 years, many experimental studies have dealt with the environmental parameters (temperature, humidity, air velocity…) influence of on the volatiles organic compounds (VOC) emission and the reversible sink effect of materials. While for the temperature all this lead to a general consensus on its influence, the conclusions are very different sometimes even divergent for humidity. This appears as the main reason of our study. Our work implies an experimental study on the phenomena parameters identification involved into the pollutants transport through the building materials and a static and a dynamic modeling on the gaseous contaminants/humidity/wall interactions. To accomplish these items, the phenomena that appear in the pollutant transport process through the building materials are described. The lack in amount of data concerning the transfer coefficients give a good reason to research and to find some relations between the physical - chemical characteristics of VOC and transfer coefficients. The last part of this work implies the integration of the mass transfer models into a simulation code on the Matlab environment. This approach is similar with the thermal transfer models used by CSTB. Within these models we are able to reproduce the gaseous pollutant and humidity transfer in the materials and also we can study the humidity influence on the VOC/ wall interactions at many levels: diffusion level, adsorption and absorption level

Une fraction significative de pesticides intègre le compartiment atmosphérique notamment durant les épandages agricoles. L'atmosphère est ainsi considérée comme un important vecteur de dissémination de ces composés dans l'environnement. Par conséquent, une bonne connaissance de leur comportement atmosphérique est indispensable à la compréhension de leur devenir environnemental. Actuellement, il existe une incohérence entre les brèves durées de vie atmosphérique estimées (à partir de la réactivité théorique en phase gazeuse) et les observations de terrain (prenant en compte les phases gazeuse et particulaire) qui révèlent souvent des transports sur de longues distances. L'objectif de ce travail a été d'aborder cette problématique par l'étude de la réactivité de trois pesticides (alachlore, trifluraline et terbuthylazine) adsorbés à la surface de particules de silice au sein d'un réacteur à écoulement et sous conditions simulées. Des protocoles expérimentaux ont été spécialement développés pour observer les cinétiques supposées lentes de ces herbicides vis-à-vis de l'ozone et des radicaux hydroxyles. Les résultats obtenus tendent à corroborer l'hypothèse suggérant que les temps de vie atmosphérique des pesticides actuellement utilisés sont sous-estimés, du moins pour les composés les moins volatils. Il paraît donc nécessaire de poursuivre les investigations sur la réactivité hétérogène des pesticides pour pouvoir obtenir une image plus complète de leur comportement vis-à-vis de la dégradation atmosphérique, ce qui permettrait à terme de déterminer des durées de vie atmosphériques plus réalistes.

Cette thèse porte sur le devenir environnemental des pesticides, et plus particulièrement dans l’atmosphère. Nous nous sommes intéressés à leur distribution entre les différentes phases de l’atmosphère et à leur photolyse dans l’environnement. La distribution des pesticides entre les phases aqueuse et gazeuse de l’atmosphère dépend de leur constante de Henry tandis que leur distribution entre les phases gazeuse et particulaires de l’atmosphère dépend de leur pression de vapeur. Les constantes de Henry de deux herbicides largement utilisés, à savoir l’EPTC et la trifluraline, ont été déterminées en fonction de la température (278 – 293 K) à l’aide d’un dispositif basé sur un équilibre dynamique. Les résultats obtenus constituent la première détermination expérimentale de la dépendance en température de la constante de Henry dans le cas de la trifluraline et la seconde dans le cas de l’EPTC. Les mesures effectuées entre 278 et 293 K ont permis de déterminer les relations de Van’t Hoff pour les constantes de Henry de ces deux composés, ainsi que les enthalpies de solvatation correspondantes. Nos données obtenues à 283 K ont permis en outre de calculer que seulement 0. 3 % de l’EPTC, 0. 8 % de la trifluraline, présents en phase gazeuse seront dissous dans les gouttelettes d’eau des nuages, ce qui est insuffisant pour constituer un puits significatif pour ces herbicides. Ainsi, l’EPTC et la trifluraline seront presque exclusivement présents en phase gazeuse où leur dégradation aura lieu par voie photochimique [. . . ]
This thesis focuses on the environmental fate of pesticides, particularly in the atmosphere. We are interested on their partitioning between the different phases of the atmosphere and their photolysis in the environment. The partitioning between aqueous and gaseous phases in the atmosphere depends on the Henry’s law constant (H) while the partitioning between atmospheric particulate and gaseous phases is related to their vapor pressure. Henry’s law constants of two widely used herbicides, namely EPTC and trifluralin, were determined as a function of temperature (278 – 293 K) using a device based on a dynamic air/water equilibrium. The obtained results are the first experimental temperature dependence of H for trifluralin and the second one for EPTC. The measurements performed between 278 and 293 K have been used to determine the Van't Hoff expressions of H for both compounds and the corresponding enthalpies of solvation. Our data obtained at 283 K have also helped to calculate that only 0. 3% of gaseous EPTC and 0. 8% of gaseous trifluralin could be scavenged by clouds droplets, which can be considered as negligible. Thus, EPTC and trifluralin are almost exclusively present in the gas phase where degradation takes place through photochemical reactions [. . . ]

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du programme INDAAF (International Network to study Deposition and Atmospheric chemistry in AFrica). Il a pour objectif d'étudier la physico-chimie des aérosols atmosphériques prélevés sur deux sites ruraux africains peu perturbés et représentatifs des écosystèmes de forêt (site de Nsimi au Cameroun) et de savane humide (site de Djougou au Bénin). Les aérosols prélevés hebdomadairement dans les fractions PM2,5 et PM10 à Nsimi de 2004 à 2009 et à Djougou de 2005 à 2009 ont été analysées, afin de caractériser les variations saisonnières des concentrations des différentes espèces chimiques et d'identifier leurs sources majeures en fonction des saisons. Les résultats obtenus ont permis (1) de mettre en évidence l'impact des paramètres climatiques sur les niveaux de concentration des espèces chimiques, la saison sèche présentant en général les plus importants, (2) d'identifier les sources combustion de biomasse et de biocombustible, terrigène, biogénique et secondaire comme présentes en saison sèche et les sources biogénique, feux domestiques et phénomène de guttation en saison humide, (3) de montrer l'impact de l'écosystème et de la situation géographique sur les émissions des aérosols : la source biogénique et la guttation sont plus importantes en forêt tandis que la source terrigène est plus importante en savane humide. Le second volet de cette thèse s'inscrit dans le cadre du programme POLCA (POLlution des Capitales Africaines). Le but était de caractériser la pollution particulaire à Yaoundé, capitale du Cameroun, et d'étudier son impact toxicologique sur la santé. Ce travail a permis de caractériser à l'échelle saisonnière la chimie de l'aérosol prélevé mensuellement de décembre 2012 à juillet 2013 et d'en déterminer les sources. Ensuite, divers tests de réponses biologiques des cellules épithéliales humaines exposées à ces aérosols ont permis de déterminer leur toxicité dans l'organisme humain en fonction des espèces chimiques les composant. Les résultats obtenus ont montré (1) l'impact de la taille et du nombre des particules de Yaoundé sur la toxicité : les plus fines induisant une plus forte expression de la réponse pro-inflammatoire des cytokines et des enzymes anti-oxydantes, (2) l'impact de la composition chimique sur cette toxicité : les aérosols riches en matières organiques particulaires induisant fortement l'expression des gènes du métabolisme des xénobiotiques, en particulier le CYP1A1
This thesis was a contribution to the INDAAF (International Deposition Network to study and Atmospheric chemistry in Africa) program. It aims was to study the physics and chemistry of atmospheric aerosol collected on two undisturbed African rural sites, representative of forest (Nsimi site Cameroon) and humid savanna (Djougou site Benin) ecosystems. Aerosols collected weekly in the PM2.5 and PM10 fractions at Nsimi, from 2004 to 2009 and at Djougou, from 2005 to 2009 were analyzed in order to characterize the seasonal variations of concentrations of the different chemical species and to identify their major sources according to the seasons. The contribution of each group of species was estimated from the total concentration of the aerosol. The results obtained allowed (1) to highlight the impact of climatic parameters on the concentration levels of the chemical species, with the dry season having the most important impact in general, (2) to identify biomass combustion sources and biofuel, terrigenous, biogenic, secondary as well as predominant in the dry season and biogenic sources, domestic fires and guttation phenomenon in the wet season, (3) to show the impact of the ecosystem and the location on emissions of aerosols: biogenic source and guttation are higher in the forest while terrigenous source is higher in wet savanna. The second part of my thesis is a part of the program POLCA (POLlution African Capitals). The main objective was to characterize particulate pollution in Yaounde, capital of Cameroon, and to study its toxicological impact on the human respiratory system. This work allowed to chemically characterize on a seasonal basis aerosols collected monthly from December 2012 to July 2013 and identify the sources. Furthermore, various tests on biological responses of human epithelial cells exposed to Yaounde aerosols were used to determine their toxicity in humans based on the component chemical species. The results showed (1) the impact of the size and number of Yaounde's particles on toxicity: the finer inducing a stronger expression of the pro-inflammatory cytokine response and anti-oxidant enzymes, (2) the impact of the chemical composition on this toxicity: aerosols with important quantities of particulate organic matter strongly induce gene expression of the metabolism of xenobiotics, especially CYP1A1

La région Euro-méditerranéenne est soumise à de fortes charges en aérosols d'origine variée et présentant une forte variabilité spatio-temporelle. Le climat de cette région va en être impacté suite à leur effet direct sur le rayonnement mais aussi à travers leurs effets semi-direct et indirects sur les nuages et la dynamique atmosphérique. Ces travaux de thèse, s'inscrivant dans les programmes de recherche Med-CORDEX et ChArMEx, vont aborder au travers de la modélisation climatique régionale la question de l'impact radiatif direct des différents aérosols sur la période historique, leur évolution entre la période 1971-2000 et la période 2021-2050 ainsi que celle de la sensibilité du climat futur de cette région à ces aérosols. Afin d'avoir une prise en compte la plus complète possible des aérosols anthropiques dans le modèle climatique régional ALADIN-Climat, utilisé tout au long de ce travail de thèse, un nouveau module d'aérosols simplifié permettant de représenter les particules de nitrate et d'ammonium a été implémenté dans son schéma interactif d'aérosols TACTIC. Un ensemble de simulations, prenant en compte ou non les particules de nitrate et d'ammonium, a été réalisé sur la période 1979-2016. Les résultats ont montré l'impact important de ces particules atmosphériques sur le climat de la région Euro-Méditerranéenne avec une contribution à hauteur de 40% à l'AOD totale (à 550 nm) ainsi qu'un forçage radiatif direct supérieur à celui des particules de sulfate et de carbone organique à partir de l'année 2005. Sur une période de temps plus longue et en utilisant différents scénarios, les résultats montrent une baisse de 35% de l'AOD totale sur l'Europe entre les périodes 1971-2000 et 2021-2050. Celle-ci est principalement due à la forte diminution de l'AOD des aérosols de sulfate compensée en partie par la hausse des nitrates. Ces derniers auront par ailleurs la contribution à l'AOD totale la plus élevée sur l'Europe, à hauteur de 45%, sur la période future. Cette évolution des différents aérosols va impacter leur forçage radiatif direct avec notamment une baisse significative de celui exercé par les particules de sulfate et une hausse de celui des aérosols de nitrate et d'ammonium. Ces changements, robustes en fonction des différents scénarios, expliquent en moyenne annuelle environ 6% du réchauffement climatique attendu sur l'Europe entre les deux périodes, principalement dû aux interactions aérosols-rayonnement mais également par une modification de l'albédo des nuages (premier effet indirect) et de la dynamique atmosphérique sur cette région
The Euro-Mediterranean region is subject to high aerosol loads of various origins and with high spatial and temporal variability. The climate of this region will be impacted by their direct effect on radiation but also by their semi-direct and indirect effects on clouds and atmospheric dynamics. This thesis work, which is part of the Med-CORDEX and ChArMEx research programmes, will address through regional climate modelling the question of the direct radiative effect of the various aerosols over the historical period, their evolution between the period 1971-2000 and the period 2021-2050 as well as the sensitivity of the future climate of this region to these aerosols. In order to take into account as fully as possible anthropogenic aerosols in the ALADIN-Climat regional climate model, used throughout this thesis work, a new simplified aerosol module to represent nitrate and ammonium particles has been implemented in its interactive aerosol scheme TACTIC. A set of simulations, taking into account or not nitrate and ammonium particles, were carried out over the period 1979-2016. The results showed the significant impact of these atmospheric particles on the Euro-Mediterranean climate with a contribution of 40% to the total AOD (at 550 nm) and a direct radiative forcing higher than that of sulphate and organic carbon particles from 2005. Over a longer period of time and using different scenarios, results show a decrease of total AOD of 35% over Europe between 1971-2000 and 2021-2050. This is mainly due to the decrease of the sulphate aerosols AOD, partly offset by the increase of nitrates. Nitrate particles will also have the highest total AOD contribution over Europe, of 45%, during the future period. This evolution of the various aerosols will impact their direct radiative forcing, with a significant decrease in that exerted by sulphate particles and an increase in that of nitrate and ammonium aerosols. These changes, which are robust under the different scenarios, explain on an annual average about 6% of the expected global warming over Europe between the two periods, mainly due to aerosols-radiation interactions but also to a change in cloud albedo (first indirect effect) and atmospheric dynamics over this region

La connaissance des sources primaires (combustion des énergies fossiles, combustion de la biomasse, éruptions des volcans, etc.) et secondaires (oxydation des composés organiques volatils (COV) suivie de la condensation formant des composés organiques particulaires) de l'aérosol organique ainsi que la caractérisation et la quantification de sa composition chimique restent un défit majeur, en particulier dans la région du Moyen Orient où les études de caractérisation de l'aérosol organique n'existent pas jusqu'à présent. Le Liban, un pays du Moyen Orient qui se situe au bord du bassin méditerranéen, représente un bon exemple pour la caractérisation des aérosols organiques dans cette région. Les travaux menés durant cette thèse s'inscrivent dans un objectif de l'étude de la qualité de l'air à Beyrouth (la capitale du Liban) en se concentrant plus spécifiquement sur les aérosols organiques. Tout d'abord, cette thèse a permis le développement d'un inventaire des émissions pour les gaz et les particules pour le Liban avec une résolution spatiale de 5 km x 5 km et pour la capitale Beyrouth avec une résolution spatiale de 1 km x 1 km. Les résultats obtenus indiquent que le transport routier est la source majoritaire responsable des émissions de monoxyde de carbone (CO), d'oxydes d'azote (NOX) et de composés organiques volatils non méthaniques (COVNM), tandis que les industries et les centrales électriques sont les principaux émetteurs des émissions de dioxyde de souffre (SO2) et des particules primaires. Ensuite, afin de caractériser les concentrations des polluants et plus spécialement la fraction organique des particules, deux campagnes de mesures intensives de 15 jours chacune ont été menées sur un site semi-urbain situé dans la banlieue de Beyrouth. Une première campagne estivale s'est déroulée en juillet 2011 et une deuxième campagne hivernale en février 2012. Ces campagnes, qui s'inscrivent dans le cadre du projet ECOCEM (Emission and Chemistry of Organic Carbon in East Mediterranean Beirut) ont permis une spéciation moléculaire et une catégorisation des sources en été et en hiver de l'aérosol organique au site de mesures où les campagnes ont été menées. En été, les précurseurs biogéniques tels que les monoterpènes et les sesquiterpènes qui aboutissent à la formation des aérosols organiques secondaires biogéniques sont la principale source à cause de l'insolation intensive et les températures élevées qui favorisent les émissions et les réactions de photo-oxydations. En hiver, la combustion de la biomasse est la principale source en raison de la combustion du bois dans le secteur résidentiel pour le chauffage. Enfin, les concentrations ambiantes des polluants à Beyrouth ont été simulées durant le mois de juillet 2011 à partir de données de l'inventaire des émissions développé dans le cadre de cette thèse en utilisant le modèle de chimie-transport Polyphemus/Polair3D. Les concentrations de polluants simulées avec le modèle ont été comparées aux concentrations mesurées durant la campagne estivale afin d'évaluer le modèle. Les résultats obtenus révèlent que le modèle est capable de simuler de manière satisfaisante les concentrations d'ozone (O3), de NOX et la plupart des composés présents dans les particules fines. Les différences entre le modèle et les mesures peuvent résulter des incertitudes dans les données d'entrée qui ont une très grande influence sur les sorties du modèle. Pour cela, une réduction des incertitudes engendrées par les données d'entrée et plus spécifiquement celles liées à l'inventaire des émissions est nécessaire. Par ailleurs, des mesures chimiques sur plusieurs sites sont aussi nécessaires dans le futur afin de mieux évaluer les simulations des concentrations de polluants

Cette thèse établit le schéma de dégradation hétérogène du chlorpyriphos éthyl (CLP) sous l'action des radicaux OH et de l'ozone pour des dépôts de CLP sur des plaques de quartz et sous celle l'ozone pour différentes contaminations de sable en CLP. Les constantes cinétiques de la dégradation hétérogène sont déterminées dans un réacteur photo-chimique couplé à un système GC/MS. Le chlorpyriphos-oxon (CLPO) et le trichloropyridinol (TCP) sont les produits de dégradation détectés en phase hétérogène quels que soit l'oxydant et le support. La réactivité hétérogène du CLPO vis-à-vis de l’ozone et des radicaux OH est également étudiée. Les résultats montrent que les radicaux OH constituent la principale voie de dégradation hétérogène du CLP et que le CLPO est plus persistant que le CLP. Le CLPO peut être transporté loin de son point d'application. L'ozonolyse hétérogène du CLP sur du sable montre que la cinétique est dépendante de la contamination en CLP de manière exponentielle. Le mécanisme réactionnel établi à partir de l'analyse des produits de dégradation en phase condensée prévoit la formation de petites molécules organophosphorées dont nous avons étudié la réactivité par rapport aux radicaux OH et au chlore atomique en phase gazeuse en fonction de la température. Le O,O,O-triéthylphosphate (TEP) et le diéthyle O,O-diéthyléthylphosphonate (DEEP) présentent des constantes de vitesse de supérieures à 10-10 cm3.molécule-1.s-1. Ces molécules se dégradent donc rapidement dans l'atmosphère et sont source d'une pollution photochimique locale. Enfin, pour compléter l'étude du devenir du CLP, son spectre UV est réalisé en phase gazeuse et sa constante de photolyse est déterminée à 1,8 10-5 s-1, ce qui implique une durée de vie de 16 heures vis-à-vis de la photolyse en phase gaz
This thesis establishes the mechanism of heterogeneous degradation of chlorpyrifos (CLP) towards OH-radicals and ozone for CLP on quartz plaques and towards ozone for various contaminations of sand with CLP. The kinetic constants of the heterogeneous degradation are determined in a photo-chemical reactor coupled with a GC/MS. The chlorpyriphos-oxon (CLPO) and the trichloropyridinol (TCP) are the degradation products in the heterogeneous phase for different oxidizer and medium. The heterogeneous reactivity of CLPO towards ozone and OH-radicals are also studied. The results show that the OH-radicals constitute the main pathway of heterogeneous degradation of the CLP and that the CLPO is more persistent than the CLP. The CLPO can be transported far from its point of application. The heterogeneous ozonolysis of the CLP on sand shows that the kinetics are dependent of the contamination in CLP with an exponential behavior.The mechanism established from the analysis of products detected in the condensed phase plans the formation of small organophosphate molecules transferred in the gas phase. We studied the reactivity of two volatile organophosphate molecules the O,O,O-triethylphosphate (TEP) and the O,O-diethylethylphosphonate (DEEP) towards OH-radicals and towards the atomic chlorine in gas phase as a function of the temperature. The TEP and the DEEP present rate constants above 10-10 cm3.molecule-1.s-1. These molecules thus quickly degrade in the atmosphere and are source of a local photochemical pollution.Finally, to complete the degradation pattern of the CLP, its gas phase UV spectra is measured and its constant of photolysis is determined to 1,8 10-5 s-1, involving a photolysis life time of around 16 hours

Dans un contexte de changement climatique actuel et futur, se traduisantnotamment par un assèchement déjà observé en Méditerranée, cette thèse seconcentre sur l’étude de la variabilité contemporaine et future (1957-2100)des événements de très longs épisodes secs (eTLES) hivernaux (septembreavril)dans le bassin méditerranéen. Une méthodologie originale a été développéeau cours de cette thèse pour appréhender les eTLES comme desévénements climatiques singuliers, caractérisés par des critères de localisation,de durée et d’extension spatiale.Sur la période contemporaine (1957-2013), 76 eTLES ont été détectésdans le bassin méditerranéen. Ces événements sont répartis en 4 principalesconfigurations géographiques : Nord-Est, Ouest, Dispersés & Restreints etSud-Est. Les configurations de types Nord-Est et Ouest sont associées àdes blocages anticycloniques localisés à environ 1 000 km au nord-ouestdes secteurs principalement affectés par les eTLES, favorisant un ciel dégagéet l’absence de précipitations. Les configurations de types Dispersés& Restreints et Sud-Est sont particulières, car la première est caractériséecomme étant une classe résiduelle regroupant des eTLES à faible extensionspatiale répartis dans l’ensemble du bassin, la seconde est caractérisée pardes eTLES saisonniers qui s’insèrent dans la continuité de l’été sec observéà l’est du bassin méditerranéen.Les grands régimes de circulation atmosphérique du domaine Euro-Atlantique montrent un certain contrôle sur les eTLES. Ainsi, la phasepositive de l’oscillation nord-atlantique (NAO+) est le seul régime à êtreclairement favorable au développement d’eTLES sur la quasi-totalité du bassin.Le régime est-atlantique (EA) ne montre pas de contrôle sur les eTLES,atlantic ridge (AR) et la phase négative de l’Oscillation Nord-Atlantique(NAO-) sont deux régimes généralement défavorables aux eTLES. Cependant,des eTLES sont pourtant associés aux régimes AR, EA et NAO-. Pourcela, il faut que ces trois régimes de circulation soient associés à des pressionsatmosphériques légèrement plus élevées au nord-ouest des secteursimpactés par les eTLES, comparativement à leur climatologie respective.Les longues séquences des régimes AR, EA et NAO+, représentatives d’unecertaine stabilité atmosphérique durable dans le temps, sont préférentiellementassociées aux eTLES, contrairement aux courtes séquences de ces troisrégimes. À l’inverse, les longues séquences du régime NAO-, renforçant les basses pressions atmosphériques sur l’Europe et le bassin méditerranéen,sont peu associées aux eTLES.Bien que les deux modèles ALADIN52 et LMDZ4-NEMOMED8 affichentdes résultats différents à plusieurs niveaux, ils s’accordent tout demême à montrer que les eTLES devraient être de plus en plus longs d’icià l’horizon 2100, de façon encore plus marquée pour la trajectoire RCP8.5que RCP4.5. Une analyse multi-modèles comprenant 12 simulations CMIP5montre qu’en moyenne par saison, la pression réduite au niveau de la meraurait tendance à augmenter sur l’océan Atlantique, au large des côtes françaiseset sur le centre du bassin méditerranéen, de façon robuste pour latrajectoire RCP8.5. À l’inverse, la fréquence et la durée des séquences des 4régimes de circulation atmosphérique ne semblent pas être amenées à évoluerd’ici à l’horizon 2100.Une étude est enfin menée pour constater les impacts des eTLES surla production agricole en Espagne. Le nombre de jours d’eTLES impactedavantage les rendements d’orge, de blé et d’avoine (espèces d’hiver et cultivéesau travers d’une agriculture pluviale) que les simples ratios de jourssecs et les cumuls de pluie en Espagne. Une étude de cas réalisée sur deuxsaisons ayant reçu des cumuls de pluie comparables montre qu’en plus desrendements, un eTLES provoque une baisse significative de l’humidité dessols et du débit du fleuve Èbre
In the context of climate change, as reflected by a dryer Mediterraneanbasin, this thesis focused on the study of the contemporary and future variability(1957-2100) of the wintertime (September to April) very long dryspells events (called VLDSe) in the Mediterranean basin. An original methodologywas developed in this thesis in order to define VLDSe as singularclimatic events, characterized by location, duration and spatial extent criteria.76 VLDSe were detected in the Mediterranean basin on the contemporaryperiod (1957-2013). These events are divided into 4 main geographicalpatterns: North-East, West, Scattered Localized and South-East. North-East and West configurations are associated with anticyclonic conditionslocated approximately 1 000 km northwestern to the areas affected by theVLDSe, favoring a clear sky and no precipitations. The Scattered Localizedand South-East configurations are special: the first one is characterized asa residual class grouping VLDSe with small spatial extent and distributedthroughout the entire basin, and the second one is characterized by seasonalVLDSe which are the continuation of the dry summer observed in the eastof the Mediterranean basin.Euro-Atlantic weather regimes have some control on the VLDSe. Thepositive phase of the north-atlantic oscillation regime (NAO+) is the onlyone that is clearly favorable to the development of VLDSe on almost the entirebasin. The east-atlantic regime (EA) does not show any control on theVLDSe, and the atlantic ridge (AR) and the negative phase of the northatlanticoscillation (NAO-) regimes are generally detrimental to VLDSe. However,some VLDSe can sometimes be associated with AR, EA and NAOregimes.This requires these three weather regimes to be associated withslightly higher atmospheric pressure northwest of the areas impacted bythe VLDSe, compared to their respective climatology. Long duration of theAR, EA and NAO+ regimes, which are coupled with sustained atmosphericstability, are preferentially associated with VLDSe, in contrast to the shortduration. Conversely, the long duration of the NAO- regime, reinforcingthe low atmospheric pressure on Europe and the Mediterranean basin, areweakly associated with VLDSe.Although the two climate models ALADIN52 and LMDZ4-NEMOMED8 differ in several respects, they agree in that VLDSe should be longer by 2100,especially in the RCP8.5 trajectory. A multi-model analysis with 12 CMIP5simulations shows that wintertime sea-level pressure tends to increase in theAtlantic Ocean, off the French coast and in the central the Mediterraneanbasin for the RCP8.5 trajectory. Conversely, the frequency and duration ofthe 4 weather regimes do not show significant trends until the end of the21st century.Finally, a study is carried out to assess the impact of VLDSe on agriculturalproduction in Spain. The number of VLDSe days has a larger impactson the yields of barley, wheat and oats (winter species and cultivatedthrough rainfed agriculture) than the simple ratio of dry days or seasonalrainfall amounts in Spain. A two-season case study, based on seasons withcomparable rainfall amounts, shows that in addition to yields, a VLDSecauses a significant decrease in soil moisture and in the Ebro River flow

L’aérosol organique secondaire (AOS) a un impact sur la qualité de l’air et le changement climatique, notamment. Mais ses quantités atmosphériques restent mal représentées, aussi bien en région source qu’en région de transport, en raison de la méconnaissance des sources et de la nature des Composés Organiques Gazeux (COG) précurseurs de l’AOS et des mécanismes de formation de l’AOS.Ce travail de thèse a pour objectif (1) de caractériser les sources des COG, parmi lesquels d’importants précurseurs d’AOS, et (2) d’estimer l’impact des COG sur la formation d’AOS en zone urbaine. Ce travail s’appuie sur les mesures de COG en deux sites périurbains de deux mégapoles, Paris et Los Angeles, dans le cadre des programmes MEGAPOLI (été 2009 et hiver 2010) et CalNex (printemps 2010). À partir de la composition de la fraction organique des phases gazeuse et particulaire, des indicateurs de la qualité de l’air et des données météorologiques, nous avons (1) identifié les déterminants des COG, (2) identifié et estimé l’importance relative des sources saisonnières d’émissions des COG par application du modèle sources-récepteur PMF, (3) estimé l’impact des COG sur la formation d’AOS. En été comme en hiver, les COG mesurés en périphérie de Paris sont fortement associés au profil de source des émissions lointaines et à celui des COVO. Les COG mesurés dans l’agglomération de Los Angeles sont majoritairement associés aux profils de sources anthropiques primaires. Quant à la formation d’AOS, ces travaux ont pour la première fois permis de mettre en évidence l’importance des Composés Organiques à la Volatilité Intermédiaire (COV-I) dans la formation d’AOS à partir de leur mesure in-situ à Paris
Secondary Organic Aerosol (SOA) impacts air quality and climate change. However, its ambient concentrations are still underestimated. A large discrepancy has been observed between estimations and observations of SOA in urban areas as well as in remote areas, since the sources and the nature of the SOA precursors, the Gaseous Organic Compounds (GOCs), and the SOA formation mechanisms remain unclear. The studies presented here aim (1) to characterize the GOCs, including important SOA precursors, in urban area by studying their determinants and their sources, and (2) to study the GOCs impact on the SOA formation in urban area. To answer these objectives, we studied GOCs measured at suburban sites of Paris and Los Angeles megacities, as part of the MEGAPOLI (summer 2009 and winter 2010) and CalNex (spring 2010) programs, respectively. From the study of the organic fractions of the particulate- and the gas-phases with air quality indicators and meteorological data, (1) we identified the GOCs determinants, (2) we identified their sources and quantified their relative contribution to the GOCs emissions according to the season, by implementing the source receptor model PMF, and (3) we estimated the impact of the GOCs on the SOA formation. In summer and in winter, the GOCs measured in Paris are strongly associated with the “remote” and “OVOCs” source profiles. The highest contributions to the emissions of GOCs measured in Los Angeles are associated to the anthropogenic source profiles. As for the SOA formation, these studies highlighted for the first time the importance of the Intermediate Volatility Organic Compounds (I-VOCs) in the SOA formation from their measurements in Paris

La qualité de l'air en milieu urbain fait désormais partie des préoccupations des autorités responsables des grandes agglomérations. Les décideurs ont besoin d'outils permettant la surveillance de la pollution atmosphérique. Actuellement, il est impossible de connaître précisément la distribution spatiale des polluants. Les associations en charge de la qualité de l'air sont donc très intéressées par tous les moyens susceptibles d'affiner cette connaissance. La télédétection est un de ces moyens, aussi nous nous sommes attachés, au cours de cette thèse, à apporter des éléments de réponse utiles aux praticiens. L'analyse d'images-radar à synthèse d'ouverture (RSO), de l'agglomération nantaise, nous a permis de définir les facteurs influençant la perception de l'environnement urbain dans les images-radar. De cette analyse a découlé une étude pour cartographier la rugosité aérodynamique sur toute la ville. Ce paramètre, caractérisant la morphologie locale, est nécessaire à la modélisation de la dispersion des polluants au-dessus des villes. Nous avons utilisé pour cette cartographie des images-radar seules ou employées conjointement à l'imagerie optique. Une autre étude a été menée visant à obtenir une méthode innovante, faisant usage des données optiques en infrarouge thermique, pour cartographier la distribution spatiale du champ de concentration des particules en suspension (fumées noires). Des facteurs pouvant influencer les interactions entre les polluants et les autres bandes spectrales, du visible et de l'infrarouge, ont été étudiés. Dans un souci d'opérationnalité, que ce soit avec l'imagerie radar ou optique, les résultats des nouvelles méthodes ont été comparés avec ceux obtenus avec des méthodes conventionnelles.

Face aux problèmes sanitaires et environnementaux liés à la pollution atmosphérique au Liban, les études se multiplient pour permettre une bonne compréhension de la situation, dont des mesures de la qualité de l’air et des études sur les émissions de polluants et sur la modélisation des concentrations dans l’atmosphère à l’aide du modèle de chimie transport (CTM) de WRF/Polyphemus. Pour modéliser la qualité de l’air au Liban, les études précédentes se sont heurtées à différentes difficultés dont : une surestimation des concentrations d’ozone d’un facteur 2 dans les résultats de la modélisation WRF/Polyphemus pour l’été 2012, un profil d’émission des COV issus du transport routier différent de ceux que l’on trouve dans les pays développés. De cela dérivent les objectifs de cette thèse : améliorer les performances de Polyphemus pour le Liban, notamment en améliorant la représentation des conditions aux limites du modèle, évaluer le modèle pour l’année 2014 vis-à-vis des nouvelles observations du réseau national de la qualité de l’air, mesurer les facteurs d’émissions du transport routier dans un tunnel à Beyrouth et les comparer aux données des pays développés. Afin d’améliorer les performances du CTM pour le Liban, cette thèse compare les concentrations simulées avec deux inventaires d’émissions différents et avec différentes méthodes de calcul des conditions aux limites. Pour les émissions, deux inventaires sont comparés : un inventaire récemment mise en place pour le Liban et l’inventaire d’émission global EDGAR-HTAP, qui combine des émissions mesurées pour les pays développés et des émissions modélisées pour les autres pays. Bien que cet inventaire soit couramment utilisé dans les modèles globaux de qualité de l’air d’importantes différences d’estimation et de distribution spatiale sont identifiées par rapport à l’inventaire spécifique du Liban. Dans les simulations des études précédentes réalisées sur le Liban, les conditions aux limites étaient obtenues à partir de simulations globales avec le modèle MOZART-4. Un domaine régional sur le Moyen-Orient est introduit dans la chaine de modélisation afin d’amortir le changement de résolution entre les résultats le modèle global (≥ 1°) et le domaine du Liban (0.055°). Ce changement a permis d’améliorer considérablement les résultats de la modélisation des polluants au Liban, surtout pour l’ozone. Cette nouvelle configuration de modélisation (domaines emboités, Moyen Orient puis Liban) est ensuite employée pour la modélisation de l’année 2014 et évaluée vis-à-vis des observations faites par le réseau national de mesure de la qualité de l’air. Les performances du modèle pour la représentation des polluants de qualité de l’air sont satisfaisantes par rapport aux indicateurs disponibles dans la littérature. Cependant, la modélisation météorologique pourrait être améliorée, et il serait souhaitable de prendre en compte l’impact sur les émissions des changements démographiques entre l’année pour laquelle l’inventaire a été conçu (2011) et l’année modélisée (2014) en raison du déplacement de population suite à la guerre en Syrie.En ce qui concerne des facteurs d’émission (FE) du transport routier, nous avons effectué une campagne de mesure au tunnel Salim Slam à Beyrouth en 2014. Les facteurs d’émissions de différents polluants (CO, NOx, PM2.5, COV) ont été mesurés pour l’ensemble du trafic. En comparaison à la littérature, les FE locaux sont toujours supérieurs aux FE des pays développés même s’ils ont tendances à être réduits par rapport aux valeurs mesurés en 2000 suites aux changements du parc automobile et son évolution
Because of health and environmental problems related to air pollution in Lebanon, the number of studies investigating this matter has increased over the years to ensure a proper understanding of the situation, including measurements of air quality, studies on pollutant emissions and modeling of atmospheric concentrations using the chemistry transport model (CTM) WRF/Polyphemus. To model air quality in Lebanon, previous studies have identified several difficulties including: an overestimation of ozone concentrations by a factor of 2 in the modeling results of WRF/Polyphemus during summer 2012, a local VOC emission profile from road transport that is different from those found in developed countries. Consequently, the objectives of this thesis are: to improve the performance of Polyphemus over Lebanon by improving the boundary conditions of the simulation of, to evaluate the model for the year 2014 using new observations provided by the national air quality monitoring network, to measure emission factors from road transport in a tunnel in Beirut and compare those data to those observed in developed countries. To improve the performance of the CTM over Lebanon, this thesis compares the concentrations simulated with two different emission inventories and with different methods of estimating boundary conditions. For emissions, two inventories are compared: one that was recently set up specifically for Lebanon, and a global inventory, called EDGAR-HTAP, which combines measured emissions for developed countries and modelled emissions for the remaining countries Even though EDGAR-HTAP is commonly used in global air-quality models, significant differences in the estimation and the spatial distribution of the emissions are identified compared to the inventory specifically developed for Lebanon. In the simulations of the previous studies over Lebanon, boundary conditions were estimated using global simulations from the model MOZART-4. A regional domain over Middle East is introduced into the modeling chain to cushion the change in the horizontal resolution between the global model (≥ 1°) and the Lebanon domain (0.055°). The results from this change showed a significant improvement in the model performance over Lebanon, especially for ozone. This new modeling configuration (nested domains, Middle East and Lebanon is then used to model the year 2014 and it is evaluated using the observations provided by the national air quality monitoring network. For air-quality pollutants, the model performance is satisfactory, as using published criteria. However, weather modeling (Wind speed and Direction) should be improved, and we should take into account the impact on emissions of the demographic changes between the year for which inventory was designed (2011) and the modeled year (2014) due to the population displacement induced by the Syrian war.Concerning emission factors (EF) of road transport, we performed a measurement campaign at the Salim Slam tunnel in Beirut in 2014. The emission factors for the different pollutants (CO, NOx, PM2.5, VOC) were measured for the average traffic. Compared to other studies, the local EF are higher than those measured in developed countries even though they tend to be reduced, as a result of the changes in the fleet characteristics, compared to the values measured back in 2000

Les émissions de dioxyde de carbone (CO2) et de méthane (CH4) et le cycle du carbone dans la retenue de barrage de Petit-Saut et la rivière Sinnamary (Guyane Française) ont été étudiés dans le but de développer un modèle couplé hydrodynamique-biogéochimie. Le développement de ce modèle a nécessité l'étude de trois processus contrôlant ces émissions : (i) la production de CO2 et de CH4 lors de la dégradation de la matière organique (MO) des sols et de végétaux, (ii) l'oxydation aérobie du CH4 dans la colonne d'eau du barrage et (iii) les processus d'échange gazeux à l'interface air-eau. Sur 10 ans, les émissions atmosphériques se sont avérées très significatives, notamment les trois premières années ayant suivies la mise en eau, puis décroissent au cours du temps. Tandis que 50% des émissions de CO2 ont lieu à la surface du lac, les émissions de CH4 sont principalement localisées en aval des turbines. Les émissions atmosphériques résultent de la dégradation de la MO (sol et biomasse issus de la forêt tropicale) immergée lors de la mise en eau et leur diminution au cours du temps découle de l'épuisement du stock de MO. Au terme de 10 ans, 20% du stock de carbone a été minéralisé et émis vers l'atmosphère sous forme de CO2 et de CH4. L'oxydation aérobie du CH4 transforme plus de 95% du CH4 diffusant depuis l'hypolimnion en CO2 dans la colonne d'eau du lac et 40% du CH4 entrant dans la rivière à l'aval. A l'échelle du barrage ce processus est responsable de l'oxydation de 90% du CH4 produit et de 30% des émissions totales de CO2. Le CH4 et le CO2 qui atteignent les eaux de surface du barrage sont émis vers l'atmosphère par flux diffusifs. L'étude de ce processus de transfert gazeux à l'interface air-eau montre que, en milieu tropical, les flux diffusifs sont accélérés par les fortes températures et les phénomènes pluvieux. Le modèle est basé sur le modèle hydrodynamique SYMPHONIE 2D et les modules biogéochimiques développés dans le cadre de cette étude à partir des données cinétiques des processus étudiés. Les profils verticaux simulés de température, d'oxygène, de CO2 et de CH4 sont bien reproduits. Ce modèle pose les bases d'un outil opérationnel de modélisation pour la retenue de Petit Saut ainsi que pour d'autres réservoirs en milieu tropical
The emissions of carbon dioxide (CO2) and methane (CH4) and the carbon cycle in the Petit-Saut reservoir and in the Sinnamary River (French Guiana) were studied with an aim of developing a coupled physical/biogeochemical model. The development of this model required the study of three processes controlling these emissions: (i) CO2 and CH4 production during the mineralization in anoxic condition of organic matter (OM) from soils and plants, (ii) aerobic CH4 oxidation in the water column of the lake and (iii) the processes involved in gas exchange at the air-water interface. Over 10 years, atmospheric emissions were shown to be very significant, in particular the first three years having followed the reservoir impoundment and then decreased with time. While 50% of the CO2 emissions take place at the surface of the lake, the emissions of CH4 are mainly localized downstream from the turbines. The atmospheric emissions result from the degradation of OM (soil and biomass originating from the tropical forest) flooded during impoundment and their reduction with time rises from the exhaustion of the OM stock. 10 years after impoundement, 20% of the carbon stock were mineralized and emitted to the atmosphere in the form of CO2 and of CH4. Aerobic CH4 oxidation transforms more than 95% of the CH4 diffusing upward from the hypolimnion into CO2 in the water column of the lake and 40% of the CH4 entering the river downstream of the dam. In the whole Petit Saut system, this process is responsible for the oxidation of 90% of the produced CH4 and 30% of the total CO2 emissions. The CH4 and CO2 which reach the water surface of the reservoir and of the river downstream of the dam are emitted to the atmosphere by diffusive flux. The study of this process of gas transfer to the interface air-water shows that, in tropical environment, diffusive fluxes are enhanced by the elevated temperatures and the rainy phenomena. The model is based on the hydrodynamic model SYMPHONY 2D and the biogeochemical model developed during this study starting from the kinetic data of the studied processes. The simulated vertical profiles of temperature, oxygen, CO2 and CH4 are well reproduced. This model poses the bases of an operational tool of modeling for the Petit-Saut reservoir like for other reservoirs in tropical environments

Modélisation de la dispersion atmosphérique des métaux lourds émis par l'industrie énergétique polonaise.De nombreuses études ont mis en évidence les impacts néfastes de la contamination en métaux lourds de l'atmosphère. Une attention particulière est porté au mercure, au plomb et au cadmium qui font l'objet du protocole d'Aarhus sur les métaux lourds (1998). Les parties signataires (incluant la Pologne) s'obligent à réduire les émissions et à obsrver et suivre les niveaux de contamination dans l'environnement.La Pologne est un des plus gros émetteurs de mercure, de plomb et de cadmium en Europe du fait de l'exploitation de centrale à charbon pour la production d'énergie. Des efforts de recherche sont à réaliser pour étudier la contamination par les métaux lourds. Les objectifs de ce travail sont :• de développer et utiliser un modèle pour représenter la dispersion atmosphérique du mercure dans la plate-forme de modélisation numérique Polyphemus.• d'étudier la dispersion en Europe et en Pologne des émissions du secteur de l'industrie énergétique.Pour satisfaire ces objectifs un nouveau schéma chimique pour le mercure a été implémenté dans la plate-forme de modélisation numérique Polyphemus. Une revue de la littérature scientifique a montré que la chimie du mercure restait mal connue. Cela implique des différences dans les modèles établis jusqu'à présent. Ceux-ci diffèrent également de par leur façon de représenter les processus de retrait de l'atmosphère. Le mercure gazeux élémentaire (GEM) présente des concentrations relativement uniformes dans l'espace. Les concentrations des formes oxydées et les dépôts au contraire présentent de forts gradients dans l'espace.Ce travail a mis en évidence la sensibilité des résultats à plusieurs composantes du modèle. Dans le schéma chimique, les chemins d'oxydation du GEM par le radical hydroxyle, l'ozone et les composés bromés dominent en phase gazeuse. En phase aqueuse les réactions de réduction dominent. Toutes ces réactions ont un impact critique sur les concentrations et les dépôts des formes oxydées du mercure mais faible sur le GEM. Dans ce modèle, le dépôt sec du GEM est un des principaux processus de retrait du mercure atmosphérique. Ce relativement fort flux de dépôt de GEM diffère significativement des précédents modèles qui souvent néglige ce processus. Il a également était mis en évidence que les flux de dépôt humide sont sensibles aux paramètres du modèle de lessivage.Les résultats de simulation montrent que l'industrie énergétique est responsable de 80% des dépôts humides de mercure près des grosses sources ponctuelles. La contribution des émissions nationales sur l'ensemble du pays se limite toutefois à un peu plus de 21% pendant l'hiver, lorsque de grandes quantités de charbon sont brûlées. L'impact des émissions de cadmium et de plomb est comparativement plus faible. Les simulations montrent un impact maximal de 30% et 10% pour le cadmium et le plomb respectivement à proximité des sources.De manière générale de plus nombreuses observations de concentrations et de dépôt de métaux lourds seraient utiles pour une meilleure évaluation des modèles
Modelling of atmospheric transport of heavy metals emitted from Polish power sectorMany studies have been conducted to investigate the atmospheric heavy metals contamination and its deposition to ecosystems. The increasing attention to mercury pollution has been mainly driven by the growing evidence of its negative impacts on wildlife, ecosystems and particularly human health. Lead and cadium are also toxics which are being emitted into the atmosphere by anthropogenic as well as natural sources. The harmful influence of these three heavy metals was underlined in the Aarhus Protocol on Heavy Metals of 1998. The Parties of this protocol (including Poland) are obligated to reduce emissions, observe the transport and the amounts of lead, mercury and cadmium in the environment.Poland is one of the biggest emitter of mercury, lead and cadmium in Europe mainly due to emission from coal combustion processes. Therefore in Poland, research efforts to study the heavy metals emission, atmospheric transport, concentration and deposition are extremely important. The objectives of this work were twofold:• The practical objective was to develop and run a model to represent the atmospheric dispersion of mercury and to implement it in the air quality modelling platform Polyphemus.• The scientific objective was to perform heavy metals dispersion studies over Europe and detailed studies of the impact of the polish power sector on the air quality regarding mercury, cadmium and lead.To meet the declared aim, a new mercury chemical model was implemented into the Polyphemus air quality system. The scientific literature was reviewed regarding mercury chemistry and mercury chemical models. It can be concluded that the chemistry of mercury is still not well known. The models also differ in the way of calculating the dry and wet deposition of mercury. The elemental gaseous mercury ambient concentrations are evenly distributed, on the contrary, high variations in the spatial gradients of reactive gaseous and particulate forms of mercury air concentrations and deposition fluxes were noted.This study shows that many components of the developed model have crucial impacts on the results. In the model of mercury chemistry, the most effective pathway in the gaseous phase are the oxidation of gaseous elemental mercury by hydroxyl radical, ozone and most of all bromine oxide radicals, while in the aqueous phase the reduction reactions of elemental mercury dominate. These reactions have a crucial influence on the mass balance of reactive mercury, but a rather low influence on gaseous elemental mercury (GEM). In this model, dry deposition of gaseous elemental mercury is the prevailing process for removing mercury from the atmosphere. Dry deposition of GEM over land is equally distributed, due to almost uniform ambient concentrations. The relatively high dry deposition flux of gaseous elemental mercury has a huge influence on the presented results and differs significantly from other models where the dry deposition of GEM is often not taken into account. It was also shown that a change in the calculation of the scavenging coefficients or representative raindrop diameter for in-cloud scavenging has a significant impact on the amount of wet deposited mercury.The detailed results show that the Polish power sector can be responsible for up to 80% of wet deposited mercury near large emission sources. The contribution from national sources over whole Poland reaches 21% during the winter heating season when large quantities of coal are burned in the domestic sector and additionally the power sector activity is at its highest. The impact of emissions of cadmium and lead from the power sector is lower compared to the obtained results for mercury. The modelling results showed maximal impacts of 30% and 10% for cadmium and lead near large power sector sources on the ambient concentrations and deposition. Wider measurements of heavy metals are very much needed

Dans le cadre des recherches sur les consequences dans l'environnement d'un accident grave survenant sur un reacteur a eau pressurisee, ce memoire concerne l'etude experimentale du comportement en milieu urbain pendant le ruissellement des eaux pluviales de cinq produits de fission (cesium, strontium, iode, ruthenium et tellure). La production d'aerosols plurielementaires stables ou radioactifs a ete realisee. Leurs caracteristiques physico-chimiques et leur solubilite dans l'eau de pluie ont ete etudiees. Le cesium et le rubidium passent totalement et rapidement en solution, le strontium se solubilise partiellement (environ 50%), l'iode est peu soluble. Le comportement des produits de fission sur cinq surfaces urbaines est ensuite etudie. Des experimentations en batch ont montre que la retention des formes dissoutes des radioelements etudies variait suivant le materiau. Les reactions mises en jeu sont des reactions d'echange d'ions. La presence de certains ions dans l'eau (en particulier nh4+) augmente la desorption des radioelements. A l'aide d'un simulateur de pluie de laboratoire, le reentrainement par la pluie des produits de fission a ete aborde. Deux modes de depots et deux intensites de pluie ont ete simules. La desorption des radioelements est plus forte a la suite d'un depot humide et un accroissement de l'intensite de la pluie diminue la remobilisation. Un ajout de nh4+ dans l'eau est surtout efficace dans le cas des depots humides. Des suggestions sont faites pour ameliorer les protocoles et poursuivre les recherches

Longtemps ignorée, la pollution atmosphérique générée par l'activité de transport maritime fait l'objet depuis quelques années d'une attention accrue. Des politiques de réduction sont élaborées à différents niveaux pour réduire les polluants de l'air (oxyde de soufre, oxyde d'azote, particules) et les gaz à effet de serre (dioxyde de carbone). Règlementée par le droit international en référence à l'Annexe VI de la Convention MARPOL adoptée par les membres de l'Organisation Maritime Internationale, la pollution atmosphérique du transport maritime fait aussi l'objet de mesures spécifiques de la part de l'Union européenne. Notre travail vise à répondre à la problématique suivante : les politiques de réduction des émissions de gaz à effet de serre et de polluants de l'air des navires sont-elles de nature à modifier l'offre des services maritimes de lignes régulières ?Nous montrons en quoi les émissions de gaz à effet de serre et de polluants de l'air des navires constituent un « objet » de politique publique complexe et original, et comment l'action publique s'en saisit par une analyse des processus politiques qui ont façonné l'élaboration des différentes politiques. Nous démontrons alors que le format particulier des instruments de politique publique (régionalisation des règles, choix des moyens laissés aux compagnies pour atteindre les objectifs fixés, etc.), l'articulation des différentes politiques entre elles et leur évolution dans le temps rendent la prise en compte de ces politiques par les compagnies maritimes véritablement stratégique, au sens où elle dépasse la simple application des prescriptions traditionnelles normatives en matière de sécurité et d'environnement. Nous mettons ensuite en évidence les choix stratégiques possibles des armateurs, combinant des aspects techniques et organisationnels, et les conséquences de ces choix sur l'offre de services maritimes de lignes régulières, au travers de deux études de cas : la première portant sur le transport roulier transmanche et la seconde sur le transport conteneurisé international entre l'Europe et l'Asie. Nous soulignons ainsi les effets différenciés des politiques de réduction des émissions selon les marchés du cabotage et du long cours, mais aussi leurs points communs en matière d'évolution de l'offre de transport maritime. Il apparaît que les politiques de réduction des émissions du transport maritime favorisent certains changements de l'offre en conjonction avec d'autres facteurs plus qu'elles ne les amorcent réellement
Atmospheric emissions from shipping was for a long time ignored, but have begun to attract an increasing amount of interest in recent years, with policies elaborated at different levels to reduce air pollutants (sulfur oxides, nitrogen oxides, particulate matters) and greenhouse gases (carbon dioxide). Regulated by international law in reference to Annex VI of MARPOL Convention adopted by member states of the International Maritime Organisation (IMO), emissions from shipping are also subject to specific measures by the European Union. This thesis aims to answer the following question: can policies to reduce emissions of greenhouse gases and air pollutants from ships alter the supply of maritime liner services? We show how emissions of greenhouse gases and air pollutants from ships are a complex and unique public policy issue and analyse the policy-making processes that have shaped the development of the various policies. We demonstrate that the specific format of public policy instruments (regionalisation of rules, set objectives with choice of means left to companies, etc.), as well as the articulation of the various policies and their development over time make the consideration of these policies by shipowners truly strategic, in the sense that it goes beyond the traditional compliance with prescriptive security and environmental norms. We then highlight, through two case studies, the possible strategic choices faced by shipowners, both technical and organisational in nature, as well as the consequences of these choices on the supply of maritime liner services: the first case study looks at roro transport in the English Channel while the second examines international container shipping between Europe and Asia. We highlight not only the differing effects of emission reduction policies on short sea shipping and deep-sea shipping markets, but also what they have in common with respect to changes in shipping services. It appears that emission reduction policies favour certain changes in supply in conjunction with other factors but that they do not necessarily trigger such changes

Ce travail porte sur la quantification d'incertitude dans la modélisation des émissions de polluants atmosphériques dues au trafic routier d'une aire urbaine. Une chaîne de modélisations des émissions de polluants atmosphériques est construite, en couplant un modèle d’affectation dynamique du trafic (ADT) avec un modèle de facteurs d’émission. Cette chaîne est appliquée à l’agglomération de Clermont-Ferrand (France) à la résolution de la rue. Un métamodèle de l’ADT est construit pour réduire le temps d’évaluation du modèle. Une analyse de sensibilité globale est ensuite effectuée sur cette chaîne, afin d’identifier les entrées les plus influentes sur les sorties. Enfin, pour la quantification d’incertitude, deux ensembles sont construits avec l’approche de Monte Carlo, l’un pour l’ADT et l’autre pour les émissions. L’ensemble d’ADT est évalué et amélioré grâce à la comparaison avec les débits du trafic observés, afin de mieux échantillonner les incertitudes
This work focuses on the uncertainty quantification in the modeling of road traffic emissions in a metropolitan area. The first step is to estimate the time-dependent traffic flow at street-resolution for a full agglomeration area, using a dynamic traffic assignment (DTA) model. Then, a metamodel is built for the DTA model set up for the agglomeration, in order to reduce the computational cost of the DTA simulation. Then the road traffic emissions of atmospheric pollutants are estimated at street resolution, based on a modeling chain that couples the DTA metamodel with an emission factor model. This modeling chain is then used to conduct a global sensitivity analysis to identify the most influential inputs in computed traffic flows, speeds and emissions. At last, the uncertainty quantification is carried out based on ensemble simulations using Monte Carlo approach. The ensemble is evaluated with observations in order to check and optimize its reliability

Ce travail est consacré au développement d’un couplage méthodologique entre la méthode d’Analyse de Cycle de Vie (ACV) et un logiciel de génie de procédés (Aspen Plus), en vue d’améliorer la qualité des données de l’Inventaire du Cycle de Vie (LCV) de la filière classique de production d’acier. La nouvelle approche développée est destinée à la réalisation de l’inventaire pour un système défini à partir de modèles physico-chimiques simplifiés. Ainsi, à l’aide du logiciel Aspen Plus, nous avons mis en oeuvre la modélisation de chaque sous-système considéré dans les frontières de la filière classique de production d’acier : cokerie, agglomération, haut fourneau, convertisseur et laminoir à chaud. L’approche de modélisation adoptée a été basée sur des considérations physiques et chimiques et sur des observations expérimentales à l’échelle industrielle et/ou à l’échelle pilote pour chaque sous-système. Les modèles permettent le calcul de la plupart des émissions engendrées par le système : CO2, CO, NO, SO2, COV, HCl, H2S, poussières et métaux lourds ainsi que des déchets. La validation des modèles a été faite par comparaison des résultats calculés avec des mesures expérimentales disponibles pour des sites industriels. De plus, le comportement des modèles a été testé en réalisant des simulations en utilisant une base de données "de référence" définie dans le cadre du projet européen ULCOS (Ultra Low CO2 Steelmaking). Il est montré que cette approche méthodologique assure le contrôle total du bouclage des bilans de matière et d’énergie du système, difficile à réaliser à partir des données provenant exclusivement de mesures industrielles et/ou de la littérature. De plus, le fait que les émissions soient calculées sur des considérations physicochimiques, conduit à donner une forte crédibilité à l’inventaire réalisé
This work was devoted to a new methodological framework, which combines the Life Cycle Assessment (LCA) method and the process simulation software (Aspen Plus), in order to improve the quality of data used for carrying out the Life Cycle Inventory (LCI) of the classical steelmaking route. The new approach adopted in the present work, is to carry out the inventory of the defined system via simplified physical-chemical models. Using Aspen Plus software, we have developed simplified physical-chemical models for each of the subsystem defined by the boundaries of the classical steelmaking route: coking plant, sintering plant, blast furnace, basic oxygen furnace and hot rolling. The modelling strategy was based on physical and chemical considerations and on the experimental observations made on an industrial and/or a pilot scale for each subsystem.The models allow for calculation of the principal pollutants evolved by the system such as CO2, CO, NO, SO2, COV, HCl, H2S, dust, heavy metals and solid waste. The models validation was made by comparing the calculated results with experimental data given by the industrial sites. Furthermore, the maturity of the models was tested through simulations using data coming from the "benchmark" data base defined in the frame of ULCOS project (Ultra Low CO2 Steelmaking).Through the models simulation, it was proved that this methodological framework assures the total control of mass and heat balances of the system which is difficult to achieve when using only data from industry and/or literature. However, the fact that the emissions calculated within the models are based on physical-chemical considerations gives a strong credibility to the life cycle inventory