Métrologie de la fraction fine de l'aérosol métallurgique : apport des techniques micro-analytiques (microspectrométrie X et spectroscopie de perte d'énergie des électrons

par Hélène Marris

Thèse de doctorat en Optique et Lasers, Physico-chimie, Atmosphère

Sous la direction de Pascal Flament et de Karine Deboudt.

Le jury était composé de Nadine Locoge, Paul Raterron, François Blond, Emmanuel Fiani.

Les rapporteurs étaient Reto Gieré, Yves Noack.


  • Résumé

    Les poussières émises par l'industrie métallurgique concourent à la qualité de l'air des zones urbaines voisines. Ces particules, émises par des procédés à "haute température", sont susceptibles d'évoluer rapidement au sein des panaches. L'objectif de l'étude est de caractériser la phase particulaire sur un site d'émission métallurgique et de déterminer la nature et l'amplitude des transformations physico-chimiques subies par ces particules dans les premières minutes de leur émission. Des prélèvements d'aérosols ont été réalisés au sein des cheminées et dans l'environnement proche d'une usine métallurgique (production d'alliage de ferromanganèse), dont l'atelier d'agglomération est le principal émissaire. Le spectre granulométrique des particules dans l'environnement montre un enrichissement de nanoparticules (10-100nm) après survol des masses d'air au dessus du site industriel. Les rejets caractéristiques de l'usine (émission d'oxydes de fer et de manganèse, mais également d'aluminosilicates) se trouvent la plupart du temps sous forme d'agglomérats de composition chimique hétérogène et de structure morphologique complexe. Ces agglomérats semblent évoluer rapidement par adsorption de composés organiques volatils ou de suies. L'étude de la spéciation du Fe et du Mn au sein de ces particules indique qu'elles sont sujettes à des réactions d'oxydation via des mécanismes de conversion gaz/particules au sein même du procédé industriel, aboutissant notamment à une oxydation du fer inversement proportionnelle à la taille des particules. Par contre, aucune évolution significative du degré d'oxydation du Fe et du Mn n'a été observée dans l'environnement proche de l'émissaire.

  • Titre traduit

    Metrology of the fine fraction of the metallurgical aerosol : contribution of single-particle analyses (Micro-spectrometry and Electron Energy Loss Spectroscopy)


  • Résumé

    Steelworks activities are important sources of fine particles which may affect air quality in urban areas close to plants. Those particles are emitted by "high-temperature" processes and could evolve very quickly in the plumes. The main objective of this study is to evaluate the nature and the amplitude of physico-chemical evolutions of those particles in the few minutes after the emission. Aerosol samplings were performed inside the chimneys and in the close environment of a FeMn alloys manufacturing plant where the sintering unit is the most important source of particles. The number size distributions in the close environment show a higher abundance of nanoparticles (10-100nm) inside the plume, by comparison with air masses upwind from the plant. The chemical analysis indicates that particles characteristic of the plant emissions (iron and manganese oxides but also aluminosilicates) are mostly constituted of agglomerates. These agglomerates combine various compounds inside a same particle in a complex structure. Moreover, they evolve rapidly (in a few minutes) after emission by mixing with organic compounds inside the plume. This evolution results from the adsorption of volatile organic compound or the agglomeration with soot particles. The study of iron and manganese speciation inside particles shows that they are prone to oxidation reactions via gas/particle conversion mechanisms during the industrial process, leading notably to a higher iron oxidation state for the smallest particles. However, no change of iron and manganese oxidation state was observed in the close environment of the plant.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?