Etude de l’évolution de particules atmosphériques uniques en lévitation : application à la qualité de l’air et au changement climatique

Selon l’OMS, plus de 99% de la population mondiale respire un air dont les concentrations en au moins un polluant dépassent les limites recommandées (OMS, 2022). 

La qualité de l’air représente un enjeu majeur de notre société. Elle peut être dégradée selon les concentrations en certains polluants d’origine naturelle ou anthropique. Malgré l’amélioration de nos connaissances des sources de pollution atmosphérique, l’abaissement régulier des seuils de concentrations limites recommandés par l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) et l’amélioration globale de la qualité de l’air ces dernières années, ces valeurs ne sont toujours pas respectées.  

L'objectif de ce projet s’inscrit pleinement dans la nécessité de compléter nos connaissances sur les voies de formation et de devenir atmosphérique des aérosols organiques secondaires (AOS). Dans ce but, nous envisageons d’étudier la réactivité hétérogène de particules individuelles en lévitation. Cette technique innovante et originale devrait nous permettre d'étudier en temps réel le vieillissement de particules atmosphériques en conditions contrôlées tout en s’abstenant d’un support qui pourrait interférer dans l’évaluation des propriétés de la particule.

Depuis quelques années, les particules atmosphériques sont au centre des préoccupations. Vecteurs de support et de transport parfois de plusieurs milliers de composés chimiques, leur étude est essentielle afin de mieux appréhender leurs impacts sanitaires mais aussi sur le changement climatique.

Si les politiques de gestion environnementale se multiplient depuis quelques années pour réglementer et contrôler les émissions de polluants atmosphériques, il est beaucoup plus difficile d’agir efficacement contre les polluants dits secondaires comme l’ozone ou les aérosols organiques secondaires dont les processus de formation et de vieillissement sont encore peu documentés. Cette nécessité de comprendre ces processus à l’échelle moléculaire conduit à développer de nouvelles méthodologies.  

Développement de nouvelles méthodologies  

Le projet CLARA se propose de développer ou d’utiliser des techniques de spectroscopie et de spectrométrie innovantes afin de caractériser de façon non destructive la composition de particules atmosphériques individuelles en lévitation ainsi que leurs propriétés, dans des conditions contrôlées. Ce système de lévitation permet de s’affranchir de l'influence d’un support sur les transformations physico-chimiques de la particule. Un premier couplage avec la spectroscopie vibrationnelle permettra d’obtenir des informations sur la composition et les états de mélange chimiques de différents types de particules, modèles ou réelles. L'adaptation de la microscopie optique au dispositif permettra de suivre les variations de morphologie des particules en temps réel. Ces couplages seront complétés par l’adaptation d’un dispositif d'analyse simultanée de la phase gazeuse par spectrométrie de masse à temps de vol à transfert protonique (PTR-TOF-MS). Ainsi, ces couplages permettront une meilleure compréhension des mécanismes de transformation des aérosols organiques secondaires à l'échelle moléculaire. 

Etude des processus de vieillissement de particules atmosphériques  

Nous nous intéresserons à l'influence des processus de réactivité de l'ozone et/ou de photodégradation sur des particules modèles ou réelles. Outre l’évolution de leur composition chimique, le changement de l’état de surface des particules (viscosité, amorphisation ..) ainsi que les propriétés d’hygroscopicité associées seront étudiés afin de proposer les marqueurs les plus pertinents impliqués dans les processus d'interactions AOS biogéniques - eau lors de leur vieillissement atmosphérique. Les résultats obtenus dans ce projet devraient avoir un impact important sur l’amélioration de la compréhension des propriétés, devenir et impacts des aérosols organiques secondaires qui représentent actuellement une des thématiques de recherche majeure en sciences de l’atmosphère. 

• Les laboratoires des Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux (EPOC) et l’Institut des Sciences Moléculaires (ISM) à l’Université de Bordeaux. 

• Université de Bordeaux, Ecole doctorale des sciences chimiques spécialité chimie analytique et environnementale 

• Nouvelle-Aquitaine / Gironde / Bordeaux 

• Date de début : Janvier 2019  
• Durée : 36 mois  

• Thèse co-financée par l'ADEME et l’Université de Bordeaux
• Thèse sous la direction de Sophie SOBANSKA, Chargée de recherche CNRS HDR, Bordeaux et de Éric VILLENAVE, Professeur à l’Université de Bordeaux