Développement d'une méthode de prélèvement simultané et d'analyse chimique des phases gazeuse et particulaire atmosphériques pour une approche multiphasique de l'aérosol organique secondaire

par Stéphanie Rossignol

Thèse de doctorat en Chimie de la pollution atmosphérique et physique de l'environnement

Sous la direction de Jean François Doussin et de Laura Chiappini.

Soutenue en 2012

à Paris 7 .

mots clés

• Aérosols atmosphériques
• Chimie de l'atmosphère
• Spectroscopie de masse
• Chromatographie en phase gazeuse

Résumé

Parmi les particules en suspension dans l'atmosphère, influençant le climat et impactant la santé des populations, l'Aérosol Organique Secondaire (AOS) est issu de processus réactifs complexes difficilement appréhendables. Les connaissances grandissantes dans ce domaine ont en particulier mis en lumière le rôle de la chimie multiphasique sur ses processus de formation et d'évolution. L'objectif de ce travail a ainsi été d'établir une méthodologie analytique permettant une approche globale de la matière organique secondaire atmosphérique au travers d'une part de la caractérisation poussée de sa composition chimique à l'échelle moléculaire et d'autre part de la quantification du partage des espèces semi-volatiles entre les phases gazeuse et particulaire. Ainsi, sur la base de la thermo-désorption couplée à la chromatographie 'en phase gazeuse et à la spectrométrie de masse, une méthode permettant le prélèvement simultané et la dérivatisation d'échantillons gazeux sur tubes d'adsorbant, et particulaires sur filtres, à été développée pour la détection et la quantification spécifiques des composés organiques oxygénés et fonctionnalisés composant la matière organique secondaire. La mise en application de la méthodologie ainsi développée à l'étude de l'ozonolyse du limonène a permis de confirmer sa simplicité d'utilisation et de mettre en avant ses capacités d'exploration, de quantification et d'évaluation du partage gaz/particules de la matière organique secondaire et/ou fonctionnalisée dans différents environnements : atmosphère simulée, atmosphère réelle extérieure et air intérieur.

Titre traduit

Development of a new method of simultaneous sampling and chemical analysis of both gas and particulate atmospheric phases for a multiphase approach of secondary organic aerosol

Résumé

Among the suspended particles in the atmosphere, influencing climate and impacting people's health, the Secondary Organic Aerosol (SOA) is the result of complex reactive processes. The growing knowledge in this area has particularly highlighted the role of multiphase chemistry on its formation and evolution processes. SOA has nevertheless so far been most often experimentally studied from a particulate phase point of view, while the gas phase influence was neglected. In this context, this study aimed at establishing a new analytical methodology for a comprehensive approach of the atmospheric secondary organic matter through an extensive characterization of its chemical composition at the molecular scale and the quantification of semi-volatile compounds partitioning between the gas and the particulate phases. Based on the easy to use thermal desorption - gas chromatography - mass spectrometry analytical coupling, the developed method involved simultaneous sampling of both phases and on sampling support derivatisation processes of gas and particulate samples - on sorbent tubes and on-filters respectively - for the detection and the quantification of oxygenated and functionalized secondary organic matter. The implementation of the developed methodology to the limonene ozonolysis study in different environments - simulated atmosphere, real outdoor atmosphere and indoor air - has highlighted its capabilities to explore the secondary organic matter chemical composition, and to quantify gas/particulate partitioning of oxygenated semi-volatile species.