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Soutenance du stage de terrainImpact de la photochimie, du transport
et des sources sur la variabilité des concentrations des polluants gazeux à la
Couronne
Soutenance du stage de terrainImpact de la photochimie, du transport
et des sources sur la variabilité des concentrations des polluants gazeux à la
CouronneBOURCIER JenniferDELMON JulienFONTAINE FranckGOBY SandraSINGH GagandeepSLIMANI Idir
1er juin 2011
1
→Présentation du sujet→Présentation du site d’études et des industries environnantesVille : La CouronneDépartement : Bouches-du-Rhône (13)Région : Provence-Alpes-Côte d'AzurCoordonnées GPS: latitude = 43.338longitude = 5.05252
Zone portuaire de Lavera, Martigues
Plage de La Couronne
2
Industries environnantes
3
4
5
→ Tendance générale
Épisodes matinaux (9h-12h)
Concentrations plus élevées
6
Épisodes nocturnes (19h-23h) de moindre intensité
7
→ Cas particuliers
NO>NO2
Pic de NO2 à 00h00
8
→ Rapport NO/NO2
Evolution temporelle du rapport NO/NO2
0
1
2
3
4
5
6
5/5/11 0:00 6/5/11 0:00 7/5/11 0:00 8/5/11 0:00 9/5/11 0:00 10/5/11 0:00 11/5/11 0:00 12/5/11 0:00 13/5/11 0:00
Jour
NO
/NO
2
Événement ponctuel
9
→ Interprétations
Important trafic urbain avec la présence d’axes routiersTransports routiers responsables de 42 % des émissions de NOx dans les Bouches-
du-Rhône
La Couronne
10
Tendance des directions des masses d’air
5 mai
6 mai
9 mai
Alternance de brise de terre et de brise de mer- influence des axes routiers A7 et A55- influence du transport maritime
11
8 mai
10 mai
11 mai
Pics élevés de NO2 observés les 8, 10 et 11 mai: pollution urbaine et industrielle
12
→ Cas particuliers Evolution temporelle du rapport NO/NO2
0
1
2
3
4
5
6
5/5/11 0:00 6/5/11 0:00 7/5/11 0:00 8/5/11 0:00 9/5/11 0:00 10/5/11 0:00 11/5/11 0:00 12/5/11 0:00 13/5/11 0:00
Jour
NO
/NO
2
Masse d’air âgée
Masse d’air jeune
13
II. L’ozoneII. L’ozone
Variabilité temporelle de la concentration en ozone
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
4/5/11 0:00 5/5/11 0:00 6/5/11 0:00 7/5/11 0:00 8/5/11 0:00 9/5/11 0:00 10/5/11 0:00 11/5/11 0:00 12/5/11 0:00 13/5/11 0:00
date
conc
entr
ation
(ppb
)
14
II. L’ozoneII. L’ozone
• Tendance généraleVariabilité temporelle de la concentration en ozone
0
10
20
30
40
50
60
70
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90
4/5/11 0:00 5/5/11 0:00 6/5/11 0:00 7/5/11 0:00 8/5/11 0:00 9/5/11 0:00 10/5/11 0:00 11/5/11 0:00 12/5/11 0:00 13/5/11 0:00
date
conc
entr
ation
(ppb
)
Fin de matinée
En soirée
15
Cycle de formation de l’ozone
Variabilité de l'ozone et des NOx sur 2 jours
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
9/5/11 0:00 9/5/11 12:00 10/5/11 0:00 10/5/11 12:00 11/5/11 0:00
date
co
nc
en
tra
tio
n (
pp
b)
NO
NO2
Ozone
16
Intervention des NOx, COV et HOx.
Fréquences de photolyse de NO2 et O3
0,00E+00
2,00E-03
4,00E-03
6,00E-03
8,00E-03
1,00E-02
1,20E-02
1,40E-02
1,60E-02
9/5/11 0:00 9/5/11 12:00 10/5/11 0:00
J N
O2(s
-1)
0,00E+00
1,00E-05
2,00E-05
3,00E-05
4,00E-05
5,00E-05
6,00E-05
Co
nsta
nte
J O
3 (
s-1
)
J (NO2)
J (O3)
temps en heures solaires ( H réelle - 2)
17
Cycle de formation de l’ozone
18
Épisode du 10 mai 2011Variabilité temporelle de la concentration en ozone
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
4/5/11 0:00 5/5/11 0:00 6/5/11 0:00 7/5/11 0:00 8/5/11 0:00 9/5/11 0:00 10/5/11 0:00 11/5/11 0:00 12/5/11 0:00 13/5/11 0:00
date
conc
entr
ation
(ppb
)
• En général : [O3] maximale entre 60 et 70 ppb
19
Variabilité de l'ozone et des NOx sur 2 jours
0
10
20
30
40
50
60
70
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9/5/11 0:00 9/5/11 12:00 10/5/11 0:00 10/5/11 12:00 11/5/11 0:00
date
co
nc
en
tra
tio
n (
pp
b)
NO
NO2
Ozone
• Maximum de 79,72 ppb
Épisode du 10 mai 2011Variabilité de l'ozone et des NOx sur 2 jours
0
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30
40
50
60
70
80
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9/5/11 0:00 9/5/11 12:00 10/5/11 0:00 10/5/11 12:00 11/5/11 0:00
date
co
nc
en
tra
tio
n (
pp
b)
NO
NO2
Ozone
Épisode du 10 mai 2011
20
Variabilité de l'ozone et des NOx sur 2 jours
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
9/5/11 0:00 9/5/11 12:00 10/5/11 0:00 10/5/11 12:00 11/5/11 0:00
date
co
nc
en
tra
tio
n (
pp
b)
NO
NO2
Ozone
Épisode du 10 mai 2011
•Pic de NOx
•Intervention des COV
21
Sour
ce :
ww
w.a
rl.no
aa.g
ovSo
urce
: w
ww
.arl.
noaa
.gov
Sour
ce :
ww
w.a
rl.no
aa.g
ov
III. Les carbonylésIII. Les carbonylés
22
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
03/05/201100:00
05/05/201100:00
07/05/201100:00
09/05/201100:00
11/05/201100:00
13/05/201100:00
conc
entr
ation
(ppb
)
FormaldéhydeAcétaldéhydeAcétonePropanalButanal
Variation concentration formaldéhyde
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
4/5/
11 0
:00
5/5/
11 0
:00
6/5/
11 0
:00
7/5/
11 0
:00
8/5/
11 0
:00
9/5/
11 0
:00
10/5
/11
0:00
11/5
/11
0:00
12/5
/11
0:00
13/5
/11
0:00
co
nc
en
tra
tio
n e
n p
pb
III. Les carbonylésIII. Les carbonylés
Formaldéhyde : 3 pics ponctuels Temps de vie du formaldéhyde = 1,2 j
23
Formaldéhyde : transport ?
III. Les carbonylésIII. Les carbonylés
5 mai 20h40 6 mai 23h156 mai 15h15
Pic à 10,7 ppb Pic à 12,9 ppb Pic à 2,7 ppbPic à 10,7 ppb
Un bruit de fond entre 0 et 0,4 ppb
Temps de vie du formaldéhyde = 1,2 j
Pour des conditions de fort ensoleillement, J = 10-4 s-1, Temps de vie du formaldéhyde alors = 3 heures
24
Formaldéhyde : hypothèses
III. Les carbonylésIII. Les carbonylés
5 mai 20h40 6 mai 23h156 mai 15h15
Pic à 10,7 ppb Pic à 12,9 ppb Pic à 2,7 ppb
Un bruit de fond entre 0 et 0,4 ppb
CigarettesphotochimieSources primaires
Le formaldéhyde est un intermédiaire clé dans la combustion tel que le gaz naturel et le méthanol
25
Formaldéhyde : Sources
Produit et matériaux de construction
Résines à base de formaldéhyde
Panneaux en particules et en fibres de bois agglomérées.
Textiles, certains médicaments et cosmétiques. Combustion
Produits d'usage courant
III. Les carbonylésIII. Les carbonylés
O
HC
H
26
III. Les carbonylésIII. Les carbonylés
R-CH2-R’ R-CH.-R’OH. H2O
RCH.-R’ RCHO2.-R’O2
R-CHO2.-R’ NO R-CHO.-R’ NO2
R-CHO2.-R’ R-CHOR’.
R-CHO2.-R’ O2 R-CO-R’ HO2
.
R’. O2 R’-O-O.
Rx-CH2-O-O. NO NO2Rx-CH2-O.
NO2HO2
.OH.NO
R1 :
R2 :
R3 :
R4 :
R4’ :
R5 :
R6 :
R7 :
Photooxydation des Hydrocarbures
27
Formaldéhyde : réactions
Rq : le formaldéhyde est soluble dans l’eau
La photolyse de formaldéhyde constitue alors une production photochimique de radicaux HO2 dans l’atmosphère,
même loin des sources de composés réactifs.
Le temps de vie de cette espèce est principalement déterminé par la réaction avec OH
Mais il faut y ajouter un autre processus de dégradation important pour ce composé : la photolyse par rayonnement solaire
(O2)OH.CH2O H2OHCO .
CH2O
CH2O hν (<370 nm)
hν (<330 nm) H.
H2CO
HCO.
III. Les carbonylésIII. Les carbonylés
H. O2 MM HO2 .
HO2 .COHCO. O2
28
Variation concentration acétaldéhyde
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
4/5/
11 0
:00
5/5/
11 0
:00
6/5/
11 0
:00
7/5/
11 0
:00
8/5/
11 0
:00
9/5/
11 0
:00
10/5
/11
0:00
11/5
/11
0:00
12/5
/11
0:00
13/5
/11
0:00
Co
nc
en
tra
tio
n e
n p
pb
III. Les carbonylésIII. Les carbonylés
Acétaldéhyde Temps de vie = 8,8 h
29
III. Les carbonylésIII. Les carbonylés
Issus de photochimie, fumée de cigarettes,
photocopieurs, panneaux de bois brut,
panneaux de particules, combustion d’hydrocarbures.
Acétaldéhyde : réactions
Acétaldéhyde : sources
CH3CHO CH3 .
CHO .hν
Photooxydation des Hydrocarbures
Hypothèses:
-sources proches du lieu de prélèvement -industries à proximité ou fumée de cigarette
30
Variation concentration propanal
0,000
0,010
0,020
0,030
0,040
0,050
0,060
0,070
0,080
4/5/
11 0
:00
5/5/
11 0
:00
6/5/
11 0
:00
7/5/
11 0
:00
8/5/
11 0
:00
9/5/
11 0
:00
10/5
/11
0:00
11/5
/11
0:00
12/5
/11
0:00
13/5
/11
0:00
co
nc
en
tra
tio
n e
n p
pb
III. Les carbonylésIII. Les carbonylés
Propanal O
HC
Bruit de fond entre 0 et 0,07 ppb
31
Variation concentration d'acétone
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
18,0
20,0
4/5/
11 0:
00
5/5/
11 0:
00
6/5/
11 0:
00
7/5/
11 0:
00
8/5/
11 0:
00
9/5/
11 0:
00
10/5
/11
0:00
11/5
/11
0:00
12/5
/11
0:00
13/5
/11
0:00
con
cen
trat
ion
en
pp
bIII. Les carbonylésIII. Les carbonylés
Acétone
32
Ainsi par l'intermédiaire de ce mécanisme, nous pouvons voir que la dégradation d'une molécule d'acétone fournit,
par voie photochimique, des radicaux OH et HO2. Gierczak et al. estiment que la dégradation par cette voie de photodissociation
mène à la formation de 2 à 4 HOx pour une molécule d'acétone.
Acétone : réactions
III. Les carbonylésIII. Les carbonylés
CH3COCH3 hν (2 O2) CH3CO3. CH3O2
.
CH3CO3. NO CH3O2
. NO2CO2( O2)
NOCH3O2. CH2O NO2HO2
.( O2)
O2CH3CO2HCH3CO2
.HO2 .
hνCH3CO2H OH.CH3O
hνCH3CO2H (O2) OH. HO2 . CH2O
33
Photochimie marine
Dégraissage industriels
Aérosols organiques marins
Combustion de plastiques
Oxydation atmosphérique d’isoalcanes anthropiques
Végétation terrestre
Peinture, vernis, produit pharmaceutiques.
III. Les carbonylésIII. Les carbonylés
Acétone : sources O
C
34
III. Les carbonylésIII. Les carbonylés
7 mai 11h00 UTC 7 mai 20h00 UTC 8 mai 04h00 UTC
Acétone : transport
Pic à 19 ppb Pic à 15,1 ppbPic à 18,9 ppb
Un bruit de fond entre 0 et 0,6 ppb
Hypothèses : -balaiement par les masses d’air des côtes industrialisées-chargement des masses d’air en produits de photochimie au niveau de la mer
35
III. Les carbonylésIII. Les carbonylésButanal
Variation concentration butanal
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
4/5/
11 0
:00
5/5/
11 0
:00
6/5/
11 0
:00
7/5/
11 0
:00
8/5/
11 0
:00
9/5/
11 0
:00
10/5
/11
0:00
11/5
/11
0:00
12/5
/11
0:00
13/5
/11
0:00
Co
nc
en
tra
tio
n e
n p
pb
Pic à 0,35 ppb
Pic à 0,57 ppb
Pic à 1 ppb
Un bruit de fond entre 0 et 0,12 ppb
10 mai 17h20 10 mai 21h20 12 mai 02h20 12 mai 08h45 36
Solvant de produits organiques
Fabrication de résines
III. Les carbonylésIII. Les carbonylés
Butanal : sources
O
HC
Butanal : réactions
Réagit avec OH°, puis formant CO2, NO2 et un radical en C3
qui reprend les réactions des alcanes qui mènent aux aldéhydes
et en fin de réaction au formaldéhyde.
37
IV. Les autres COVIV. Les autres COVDeux définitions officielles des COV :
l’une définit en fonction de la pression de vapeur (p°>0,01 kPa à 25°C), donc de la volatilité
l’autre en fonction de la constitution moléculaire :au moins un C et ou plusieurs H, X, O2, P, S, Si et N(sauf oxydes de carbone, carbonates et bicarbonates inorganiques)
Plusieurs sources:Transport routier (42%)Solvants industriels (18%)Procédés chimiques (12%)Déchets d’agriculture (10%)Solvants non industriels (9%)Combustion (5%)Chimie-pétrochimie (5%)
Réactivité des COV:Précurseurs de l’ozone troposphérique Participation aux réactions photochimiques dans la basse atmosphèreDépendant de facteurs environnementaux
38
V. ConclusionV. Conclusion
Observations de la variabilité des NOx, impact spatio-temporelle des sources (trafic routier..) et du transport…
Observations des variations de concentrations soumis aux aléas de sources telles que les NOx ou les COV, de transport par l’apport de polluants primaires tels que les NOx issus des industries des grandes agglomérations avoisinante et enfin de la photochimie :les fréquences de photolyse de NO2 et de l’ozone
Rôle des carbonylés sur le cycle de l’ozone, en appréhendant les phénomènes de transport, photochimie et émissionL’analyse des carbonylés peut être améliorée…
39
Merci de votre attention
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