Interactions des composés organiques volatils avec des surfaces de glace pure ou dopée représentatives des conditions atmosphériques rencontrées dans la moyenne et la haute troposphére : Application à la chimie des nuages mixtes et des cirrus

par Mélanie Petitjean

Thèse de doctorat en Chimie physique

Sous la direction de Stéphane Le Calvé.

Soutenue en 2010

à Strasbourg .


  • Résumé

    La Haute Troposphère (HT) est caractérisée par ses basses températures, allant d'environ 188 à 233 K et par la présence de cirrus, des nuages constitués uniquement de glace et pouvant recouvrir jusqu'à 25% de la surface de la Terre. Les nuages mixtes et les cirrus peuvent constituer des puits potentiels pour un certain nombre d'espèces gazeuses et éventuellement promouvoir des réactions hétérogènes ou photochimiques Dans ce travail, nous nous proposons, en déterminant les isothermes d’adsorption sur des glaces pure et dopée entre 253 et 203K, de fournir des informations quantitatives sur la distribution des espèces organiques entre les phases gazeuse et condensée, à des températures rencontrées à des altitudes moyennes et dans la HT. La présence de Composés Organiques Volatils Oxygénés (COVO) tels que les alcools, aldéhydes, cétones et les acides carboxyliques, dans la HT est bien établie. En raison du rôle prépondérant des composés carbonylés dans la formation de photooxydants tels que l’ozone, ce travail de thèse s’est focalisé en particulier sur l’étude de ces composés afin d'évaluer si le piégeage sur des cristaux de glace et/ou des gouttelettes surfondues pouvait constituer un puits significatif dans les conditions atmosphériques. Par ailleurs, d’autres molécules (hydrocarbures aromatiques) ont été étudiées afin de mieux comprendre les relations entre la structure de la molécule et sa capacité à s’adsorber. En outre, des simulations numériques ont permis d’apporter des détails au niveau moléculaire sur la structure tridimensionnelle de la couche d’adsorption. Les pressions de vapeur saturante de l’hydroxyacétaldéhyde et de l'hydroxyacétone ont été déterminées pour la première fois en fonction de la température, apportant des valeurs de référence pour de futures études de laboratoire et permettant d'estimer leurs distributions dans l’atmosphère entre les phases gazeuse et particulaire.

  • Titre traduit

    Interactions of volatile organic compounds with pure or doped ice surfaces representative of atmospheric conditions encountered at medium altitudes and in the upper troposphere : Application to the chemistry of mixed clouds and cirrus


  • Résumé

    The upper troposphere (UT) is characterized by its low temperatures, from 188 to 233 K and the presence of cirrus clouds. These clouds, composed of ice crystals, can cover up to 25% of the Earth's surface. Mixed and cirrus clouds may be a potential sink for many gaseous species and can promote heterogeneous or photochemical reactions. In this work, the establishment of the adsorption isotherms on pure or doped ice surfaces between 253 and 203 K, provides quantitative information on the partitioning of organic species between the gas and condensed phases at temperatures encountered at medium altitudes and in the UT. The presence of Oxygenated Volatile Organic Compounds (OVOC) such as alcohols, aldehydes, ketones and carboxylic acids, in the UT is well established. As carbonyl compounds are involved in the formation of photooxidants such as ozone, this work has been focused on the study of these compounds. In addition, other molecules (aromatic hydrocarbons) have been studied to better understand the relationships between the structure of the molecule and its ability to be adsorbed on ice surfaces. Besides, computer simulations have led to some details at the molecular level on the three dimensional structure of the adsorption layer. This work has also allowed the determination of the vapor pressure of both hydroxyacetaldehyde and hydroxyacetone ,providing reference values for future laboratory studies and permitting estimation of their partitioning between the gas and particle atmospheric phases.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XXII-359 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Notes bibliogr.

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  • Cote : Th.Strbg.Sc.2010;0657

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  • Cote : 10 STRA 6076
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