Abstract
Secondary organic aerosols (SOA) are atmospheric particles
whose climate and environment impact is well established. They are formed from
volatile organic compounds (VOCs) through a process of gas/particle
partitioning . Thus, it makes use of equilibrium constants between gas phase
and particle called partition coefficient to describe the thermodynamic
equilibrium of organic compounds. One of the important parameters controlling
this process is the vapor pressure. To this end, given the myriad of SOA
precurssors and data very limited, the use of structure-property relationship
is in most cases necessary to know this parameter. Joback technic proved to be
the most appropriate of estimating the boiling temperature. To estimate the
critical temperature and pressure, the Lydersen technic provided the most
convincing results. We used the method of Lee and Kesler, the method of the
modified equation of Mackay and the Myrdal and Yalkowsky method for estimating
the vapor pressure. From a set of 267 compounds precurssors of SOA, we obtained
results which show generally that the Myrdal and Yalkowsky method is most
appropriate for estimating the vapor pressure in light of the modeling of
secondary organic aerosols.
Keywords : Secondary organic aerosols; Gaz/particle partitioning;
Structure-property relationship; Vapor pressure
L'atmosphère est un système complexe qui agit
comme un véritable mélangeur d'espèces chimiques. Sa
compréhension est crutiale pour mieux réagir face aux menaces que
constitue la pollution atmosphérique contre notre environnement. Ainsi,
l'atmosphère fluide en perpetuel mouvement brasse aussi bien les
espèces vitales que les espèces dangereuses pour les êtres
vivants. La pollution atmosphérique d'origine anthropique trouve l'une
de ses démonstrations scientifiques en décembre 1930 en Belgique
(dans la vallée de Meuse) lorsqu'un nuage de poussière causa la
mort de 65 personnes (Firket 1931). La même enquête conclut que si
les mêmes conditions étaient réunies à Londre, plus
de 3000 personnes pouraient trouver la mort. C'est exactement ce qui se
produisit dans cette ville en décembre 1952 où l'épisode
de
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smog de Londre ½fit plus de 3000 morts (Wilkins 1954).
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Au cours du XXieme siècle, et
à l'aube du XXIieme siècle la croissance des
activités industrielles et humaines n'a cessé d'augmenter la
charge atmosphérique en polluants gazeux et particulaires dont la
dangérosité n'est plus à démontrer. C'est
précisement sur ces émissions anthropiques que les études
actuelles tandent à montrer qu'une limitation du nombre de particules et
de précurseurs de particules pourrait s'avérer plus rapidement
efficace qu'une réduction des émissions de gaz à effet de
serre, du fait du temps de résidence plus faible des particules (Hansen
et al. 2000; Jacobson 2002). A cet effet, les aérosols
atmosphériques font partis des variétés d'espèces
qui contribuent à mieux définir l'etat de l'atmosphère.
L'impact des aérosols, très divers, touche alors
différents domaines : climat et physico-chimie de l'atmosphère,
écosystème et sol, santé en liaison avec de nombreuses
activités humaines (Guillaume 2006) . Ils ont une concentration pouvant
variée de 107 à 108 particules par
cm3 et des diamètres allant jusqu'à
100um (Danier 2003). Notre connaissance des aérosols
atmosphériques et des processus chimiques et physiques auxquels ils
participent est encore très incomplète, contrairement à la
phase gazeuse (Tombette 2007). En effet, la phase particulaire est bien plus
complexe car elle nécessite une description de son état (liquide
ou solide), de son mélange (externe, interne), de sa composition
chimique (organiques et inorganiques), de sa granulométrie (nombre,
masse et taille) et de sa géométrie (sphérique ou
autre).
Selon leur taille, les aérosols peuvent être
regroupés en trois catégories : Les gros aérosols
(diamètre > 2500nm) qui sont essentielement d'origine naturelle, les
aérosols fins (diamètre compris entre 50 et 2500nm) et les
aérosols ultrafins (diamètre < 50nm) (Tombette 2007). Cette
dernière catégorie resulte généralement des
processus physico-chimiques engageant certains gaz atmosphériques qui
peuvent être d'origine anthropique ou naturelle. On les appelle les
aérosols secondaires. Une part importante de ces aérosols
secondaires sont les aérosols organiques secondaires (AOS). Les
espèces organiques pouvant mener à la formation des AOS sont
issues d'une myriade de composés organiques volatils (COV). Les
processus de formation des AOS peuvent suivre des schémas
physico-chimiques complexes, dont beaucoup restent encore inconnus. La
formation des AOS insitu est surtout mal comprise, les composants des
AOS ayant été étudiés principalement dans des
expériences en chambre confinée (chambre de simulation de
l'atmosphère CSA) (Griffin et al. 1999; Odum et al. 1997). C'est ainsi
dans ce contexte fort intéressant et multidimensionnel que se situe
notre travail basé sur l 'evaluation des methodes d'estimation de la
préssion de vapeur pour la modélisation des aérosols
organiques secondaires. L'objectif visé est de mener une étude
détaillée et comparative de trois méthodes d'estimation de
la pression de vapeur pour la modélisation des AOS. Pour mieux mener
à bout notre travail, nous l'avons structuré en trois
chapitres.
Le premier chapitre traite des
généralités. Plus explicitement, il présente
quelques notions essentielles sur les aérosols et explicite infine
quelques élements fondamentaux qui permettent de comprendre le
principe de formation des AOS. Le deuxième chapitre quant à lui
se focalise sur les données et explicite clairement les méthodes
utilisées. Enfin le chapitre trois est consacré aux
résultats et quelques analyses. Le memoire se termine par un conclusion
générale et les perspectives.
Ce chapitre présente des
généralités sur les aérosols en
général et les aérosols organiques secondaires en
particulier. Avant d'atteindre le processus de la modélisation du
partitionnement gaz-particules, nous présentons la thermodynamique des
aérosols qui nous permet directement d'expliciter le processus
d'oxydation des composés organiques volatils dans la
troposphère.
1.1 Eléments de base sur les aérosols
1.1.1 Définition
Les aérosols sont les particules solides ou liquides
qui ont une vitesse de chute négligeable dans l'air calme (
vitesse<25cm/min) (Kummer 2004). De nombreux modes de classification des
aérosols existent. On distingue les aérosols suivant leur
composition chimique (aérosols organiques et inorganiques), suivant leur
lieu privilégié de formation (aérosols urbains,
ruraux,troposphériques ou stratosphériques), suivant leur
processus de formation (aérosols primaires ou secondaires), de leur
origine (anthropique ou naturelle) (Debry 2004). Notons qu' il y a une
disproportion entre les émissions naturelles (94Z) et les
émissions anthropiques (6Z) (Crumeryolle 2008).
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