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Thèse Année : 2023

Investigations of highly oxygenated organic molecules (HOMs) in the laboratory and in the real atmosphere : ACROSS project

Étude des molécules organiques hautement oxygénées (HOMs) en laboratoire et en atmosphère réelle : Projet ACROSS

Résumé

Volatile organic compounds (VOCs) from both natural and anthropogenic sources play crucial roles in tropospheric chemistry, producing byproducts such as secondary organic aerosols (SOA) and ozone, which can have adverse impacts on human health and the ecosystem.This PhD thesis focuses on gas-phase products of low volatility, highly oxygenated organic molecules (HOMs), first identified in ambient air in 2010. HOMs rapidly form from the autoxidation of peroxy radicals (RO2) formed from VOC oxidation. Due to their low volatilities, HOMs significantly contribute to SOA formation and growth. Measuring HOMs in ambient air was made possible by a NO3¯ ToFCIMS. The objectives of this thesis are thus to optimize the instrument in the laboratory, develop a direct calibration protocol, and study HOMs in the Rambouillet forest during ACROSS 2022 summer field campaign, under different conditions, especially during the mixing of urban plume and air masses containing forest emissions.To achieve these objectives, controlled laboratory experiments were conducted to find the optimum instrument settings. Multiple calibration methods were tested using organic acids to evaluate the sensitivity of the instrument. These results were compared to conventional H2SO4 calibration methods. Simulation chamber experiments were conducted involving the oxidation of BVOCs and AVOCs to help identify potential HOMs products encountered in the atmosphere. Finally, Principal Component Analysis (PCA) was applied to the HOMs measurements dataset from the NO3¯ ToFCIMS deployed during ACROSS. This analysis identified seven principal components, each characterized by unique temporal profiles, most likely linked to the BVOCs, isoprene and monoterpenes.
Les composés organiques volatils (COV) provenant de sources naturelles et anthropogéniques jouent un rôle crucial dans la chimie de la troposphère, produisant des sous-produits tels que les aérosols organiques secondaires (AOS) et l’ozone, qui peuvent avoir des effets néfastes sur la santé humaine et l'écosystème.Cette thèse de doctorat se concentre sur des molécules organiques hautement oxygénées (HOMs), identifiées en phase gazeuse pour la première fois dans l’air ambiant en 2010. Les HOMs se forment rapidement à partir de l’autoxydation des radicaux peroxyles (RO2) formés lors de l’oxydation des COV. En raison de leur faible volatilité, les HOMs contribuent de manière significative à la formation et à la croissance des AOS. La mesure des HOMs dans l’air ambiant a été rendue possible par un NO3¯ ToFCIMS.Les objectifs de cette thèse sont donc d'optimiser l'instrument en laboratoire, de développer un protocole d'étalonnage direct, ainsi que d'étudier les HOMs dans la forêt de Rambouillet lors de la campagne estivale ACROSS 2022. Pour atteindre ces objectifs, des essais en laboratoire ont été menées pour trouver les réglages optimaux de l'instrument. De méthodes d'étalonnage ont été testées avec des acides organiques pour évaluer la sensibilité de l'instrument, comparées à l'étalonnage classique avec H2SO4. Des expériences en chambre de simulation ont été menées impliquant l'oxydation de COV biogéniques et anthropogéniques, pour aider à identifier les produits potentiels des HOMs dans l'air. Enfin, une analyse en composantes principales (ACP) a été appliquée aux mesures de HOMs obtenus par le NO3¯ ToFCIMS déployé pendant ACROSS. Cette analyse a identifié sept composantes principales, chacune caractérisée par des profils temporels uniques, liés aux deux principaux COV biogéniques, l'isoprène et les monoterpènes.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04627663 , version 1 (27-06-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04627663 , version 1

Citer

Stéphanie Alage. Investigations of highly oxygenated organic molecules (HOMs) in the laboratory and in the real atmosphere : ACROSS project. Environmental Engineering. Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12, 2023. English. ⟨NNT : 2023PA120004⟩. ⟨tel-04627663⟩
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