Structure et propriétés physico-chimiques à l'échelle nanométrique d'aérosols carbonés d'origine aéronautique

par Iman Marhaba

Thèse de doctorat en Physique et sciences de la matière. Matière condensée et nanosciences

Sous la direction de Daniel Ferry et de Philippe Parent.

Le président du jury était Barbara D'Anna.

Le jury était composé de Pascale Launois, Daniel Gaffie.

Les rapporteurs étaient Thomas Pino, Pascale Desgroux.


  • Résumé

    Les particules de suie émises par les moteurs d'avion influencent le climat en absorbant/diffusant la lumière solaire. Elles agissent aussi comme noyaux glaciogènes dans l’atmosphère en participant à la formation des traînées de condensation et des cirrus artificiels, ce qui augmente la nébulosité et affecte l'équilibre radiatif de l'atmosphère. Dans les zones aéroportuaires, elles contribuent à la dégradation de la qualité de l’air et peuvent affecter la santé humaine. Connaître leurs propriétés physico-chimiques est donc primordial pour évaluer leurs impacts environnementaux, sanitaires et agir pour leur réglementation. Nous avons caractérisé les propriétés physiques et chimiques de suies émises par un turboréacteur SaM146-1S17 alimenté avec du kérosène JET A-1 et fonctionnant à différents régimes, dont le régime de croisière. Des informations précises sur leur morphologie, leur (nano)structure, leur composition/spéciation chimique ont été obtenues par microscopie électronique à transmission (TEM), spectroscopie infra-rouge (FTIR), spectroscopie d'absorption des rayons X (NEXAFS) et photoémission X (XPS). Ces techniques ont également permis de caractériser des suies de laboratoire produites par un générateur commercial (miniCAST, Jing Ltd.) et de montrer qu’il permet de générer de bons analogues des suies aéronautiques. La production de quantités importantes de ces analogues aux propriétés physico-chimiques contrôlées offre de nouvelles perspectives quant à l’étude en laboratoire de la réactivité des suies aéronautiques vis-à-vis des environnements atmosphériques et biologiques, permettant d’améliorer notre compréhension de leurs impacts environnementaux et sanitaires.

  • Titre traduit

    Structure and physico-chemical properties of aircraft carbonaceous aerosols at the nanometer scale


  • Résumé

    Soot particles emitted from aircraft engines influence climate by absorbing and scattering sunlight. They also act as ice condensation nuclei in the atmosphere by participating to the formation of condensation trails and artificial cirrus clouds that increase the cloudiness and affects the radiative balance of the Earth’s atmosphere. In airport areas, they contribute to the degradation of air quality and can affect human health. Knowing their physical and chemical properties is therefore of prime importance to assess their environmental and health impacts as well as acting for their regulation. We have characterized physical and chemical properties of soot emitted by a SaM146-1S17 turbofan engine fueled with kerosene JET A-1 and operated at different regimes, including the cruise regime. Accurate information about their morphology, (nano)structure, chemical composition/speciation have been obtained by transmission electron microscopy (TEM), infrared spectroscopy (FTIR), Near-Edge X-ray Absorption Fine Structure (NEXAFS) and X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). These techniques have also been used to characterize laboratory soot produced by a commercial generator (miniCAST, Jing Ltd.) and to show that it can generate relevant analogues of aeronautic soot. The production of large amounts of these analogues with controlled physico-chemical properties offers new prospects for laboratory studies of aeronautic soot’s reactivity with respect to atmospheric and biological environments aiming at improving our understanding of their environmental and health impacts.


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