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

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

)

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

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

• Maximum de 79,72 ppb

Épisode du 10 mai 2011Variabilité 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

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