Mesure de la réactivité atmosphérique totale avec les radicaux hydroxyles (OH) : développement et applications en Ile-de-France

par Cristina Dolgorouky (Dobrea)

Thèse de doctorat en Physique de l'environnement

Sous la direction de Bernard Bonsang et de Valérie Gros.

Le président du jury était Jean Bretagne.

Le jury était composé de Bernard Bonsang, Valérie Gros, Jean Bretagne, Nadine Locoge, Matthias Beekmann, Coralie Schoemaecker.

Les rapporteurs étaient Nadine Locoge, Matthias Beekmann.


  • Résumé

    Le radical hydroxyle (OH) représente le plus important oxydant dans la troposphère et le puits de la plus grande partie des composés à l’état de trace de l’atmosphère. Si les sources des radicaux hydroxyles sont aujourd’hui relativement bien connues, le terme ‘puits’ des OH, connu sous le terme de réactivité atmosphérique totale avec les radicaux OH (ou réactivité OH) (s-1), reste encore difficile à quantifier. En raison de la complexité des instruments nécessaires, peu de mesures de OH et de réactivité sont actuellement disponibles et la nouvelle méthode proposée par Sinha et al., (2008) représente une alternative prometteuse pour la quantification de la réactivité atmosphérique totale avec les radicaux hydroxyles. Cette méthode est appelée Méthode Comparative de Réactivité (CRM) et est basée sur la mesure rapide d’une molécule normalement absente de l’atmosphère (ici pyrrole, C4H5N) et qui réagit à un taux connu avec les radicaux hydroxyles produits artificiellement dans une petite cellule de réaction en verre. La comparaison des concentrations de pyrrole obtenues en présence/absence d’air ambiant, dans un champ de radicaux constant, permet de quantifier la réactivité de l’air ambiant. Cette thèse a eu pour objectif principal le développement et l’optimisation de cette méthode pour la mesure de réactivité en zone urbaine, fortement riche en monoxyde d’azote (NO), composé identifié comme produisant des artefacts de la mesure. De même, il fallait proposer une méthodologie pour intégrer toutes les corrections, inhérentes à la méthode, à appliquer aux valeurs brutes de réactivité. Une fois la méthode mise au point, le deuxième objectif de ces travaux était la caractérisation de la réactivité atmosphérique totale avec les radicaux OH à Paris, une des rares mégacités existantes en Europe et où aucune mesure de réactivité n’avait été rapportée auparavant. L’étude réalisée pendant la campagne d’hiver 2010 du projet européen MEGAPOLI a permis de caractériser le niveau de réactivité à Paris pendant deux régimes de masses d’air différentes, océanique / continental. Ainsi il a été possible de distinguer un niveau de réactivité purement local de Paris et Ile de France (impacté par le caractère « trafic » de cette ville européenne et étant comparable aux niveaux enregistrés à New York et Tokyo), et un niveau fort, importé, caractéristique d’un transport longue distance. De même, l’étude a révélé que pendant l’import continental, de forts pourcentages ont été enregistrés de réactivité manquante, définie comme la différence entre la valeur mesurée et une valeur théorique, calculée à partir des composés réagissant avec OH et mesurés pendant la campagne. La nature des espèces non-mesurées et contribuant à cette réactivité a été déterminée comme oxydée, issue des processus de « processing » des masses d’air sur le trajet long distance. Ce travail apporte dans un premier temps des informations uniques sur la méthode CRM pour la mesure de la réactivité OH (fonctionnement, traitement des données) et contribue par la suite à la caractérisation des niveaux de réactivité dans la région parisienne.

  • Titre traduit

    Measurement of the total atmopsheric reactivity with the hydroxyle radicals (OH) : Development and applications in Ile-de-France


  • Résumé

    The hydroxyl radical (OH) represents the most important oxidant of the troposphere and the sink of most trace compounds in the atmosphere. If the sources of the OH radicals are nowadays relatively well constrained, the ‘sink’ term, also known as the total atmospheric reactivity with the OH radicals (or simply OH reactivity) (s-1), is still difficult to quantify. Due to the complexity of the used instruments, only few OH reactivity measurements are currently available. A new method proposed by Sinha et al. (2008) represents a promising alternative to the quantification of the total ambient OH reactivity. This method, also called the Comparative Reactivity Method (CRM), is based on the rapid measurement of a molecule normally not present in the ambient air (here, pyrrole, C4H5N) and which reacts at a known rate with OH radicals artificially generated into a glass reaction cell. Comparing the measured signals of pyrrole with and without ambient air within a constant OH field allows the quantification of the total OH reactivity of the ambient air. The main objective of this PhD work was the development and the improvement of this method for OH reactivity measurements in urban areas, which are abundant in nitrogen oxide (NO), a compound known to produce artifacts in the reactivity measurement. In the same time, it was necessary to propose a methodology to integrate all corrections (inherent to the method) to the raw reactivity data. Once the method adjusted, the second aim of this work was the characterization of the ambient OH reactivity in Paris, one of the few Megacities in Europe and where no other reactivity measurements were previously reported. The study conducted during the 2010 winter campaign of the MEGAPOLI European project allowed to quantify the OH reactivity level in Paris during two different air mass regimes, marine/continental. It was therefore possible to distinguish between a purely local OH reactivity level (about 20s-1) of Paris and Ile de France (impacted by the ‘traffic’ character of this European city and comparable to levels registered in New York and Tokyo) and a high (more than 100 s-1) , imported level characterized by a long distance transport. The study also revealed that during the continental import, high percentages (up to 75%) were registered of the missing OH reactivity, defined as the difference between the measured reactivity and a theoretical value obtained from the reactive compounds measured during the same campaign. The nature of the non-measured species contributing to this missing reactivity was determined as oxidized, issued of the air masses “processed” during the long distance transport. This work brings unique information on the CRM method and contributes to the characterization of the OH reactivity levels in the region of Paris.


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 ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud 11. Service commun de la documentation. Bibliothèque électronique.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.