Titre original :

Analyse orientée récepteur de la composition chimique des polluants atmosphériques

Titre traduit :

Receptor-oriented analysis based on the chemical composition of atmospheric pollutants

Mots-clés en français :
  • Modèles sources - récepteurs
  • Dépôts atmosphériques
  • Aérosols organiques secondaires

  • Polluants atmosphériques
  • Composés organiques volatils
  • Aérosols atmosphériques
  • Ozone
  • Agglomérations urbaines
  • Incertitude de mesure
  • Langue : Français
  • Discipline : Physico-chimie de l'atmosphère
  • Identifiant : Inconnu
  • Type de mémoire : Habilitation à diriger des recherches
  • Date de soutenance : 15-12-2016

Résumé en langue originale

Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire portent sur l’étude des liens sources-récepteurs des polluants atmosphériques, notamment basée sur des approches dites orientées récepteurs, consistant en l’analyse statistique d’observations réalisées sur des sites représentatifs, plus ou moins proches des sources. Ces approches sont développées sur la problématique des dépôts atmosphériques et, plus spécifiquement, sur celle des Composés Organiques Volatils (COV). Par principe, elles reposent sur des bases de données d’observations robustes, issues de campagnes intensives ou de programmes pérennes, comme l’observatoire MERA/EMEP dédié au suivi de la pollution de fond et à longue distance. La constitution et l’analyse objective de telles bases de données nécessitent le développement spécifique de méthodes de mesure robustes, l’harmonisation et l’évaluation de la qualité des observations allant de la détermination des incertitudes à la rédaction de protocoles standardisés. La composition chimique des polluants gazeux et particulaires comprend des traceurs spécifiques de sources primaires, biogéniques ou anthropiques, ou de processus conduisant à la formation de polluants secondaires comme l’ozone ou les aérosols organiques secondaires. L’analyse statistique de ces observations permet donc d’identifier des signatures de sources ou de processus, qui peuvent ensuite être étudiées en termes de contributions et d’impacts. L’attribution des sources ainsi obtenue à l’échelle urbaine, constitue un moyen d’évaluation unique des inventaires d’émission. En outre, les analyses combinées des gaz et aérosols apportent des éléments d’intérêt pour l’étude de processus de formation de polluants secondaires. Avec les changements dans les émissions, les tendances sur les concentrations observées traduisent aussi les évolutions des problématiques, notamment dans un contexte de changement d’environnement (socio-économique et climatique). Certains indicateurs, comme les concentrations en COV anthropiques primaires ou les dépôts en sulfate, ont des évolutions étroitement liées aux tendances des émissions. D’autres sont liées aux émissions naturelles dont la variabilité spatio-temporelle nécessite d’être mieux documentée. En revanche, ces liens ne sont pas linéaires entre les émissions de précurseurs et les concentrations en polluants secondaires comme l’ozone ou les dépôts de nitrate et d’ammonium. La compréhension des déterminants de ces tendances reste, par conséquent, cruciale notamment pour proposer des projections des évolutions de ces indicateurs, compte tenu des émissions et des scénarios possibles de changement climatique.

Résumé traduit

This manuscript summarizes research works dealing with the source-receptor relationships of the atmospheric pollutants. These works are based on the receptor-oriented approaches consisting in the analysis of pollutant concentrations measured at representative receptor sites more or less close to the sources. These approaches are developed to work on inorganic atmospheric depositions and more specifically on Volatile organic compounds (VOCs). The datasets are obtained either from intensive campaigns or from long term measurement programs such as the MERA/EMEP observatory designed for long distance and background air pollution monitoring. The acquisition and the objective analysis of such databases need first the development of robust measurement methods, the standardization of the procedure as well as the quality assessment of each data given by the uncertainty determination. The chemical composition of gaseous pollutants includes specific tracers of primary, both biogenic and anthropogenic sources. Some parameters like oxygenated VOCs are also good tracers of photochemical processes leading to the formation of secondary pollutants like ozone and Secondary Organic Aerosols (SOA). The factorial analysis of in-situ measurements combined with air mass back-trajectories allows identifying source and process signatures which can be studied in terms of contributions and impacts. The source apportionment in urban area can then be used as an evaluation tool for emission inventories. Moreover, the study of combined database for both gaseous and aerosol provides information of interest to investigate the formation processes of secondary pollutants. The trends in the observed concentrations are not only linked to the trends in emissions but depend as well on the process evolutions in a context of environmental changes (climate, societal and economical changes). Some parameters such as anthropogenic VOCs or sulfate deposition are linearly linked to the emission trends. Other ones depend on natural emission for which spatial and temporal variability need to be better documented. Beside, the links are more complex between emissions and secondary pollutants like the concentration of ozone or ammonium nitrate in deposition. Understand the drivers of these trends remains crucial to predict possible evolutions of air quality regarding the different scenarios of climate change.

  • Directeur(s) de thèse : Locoge, Nadine
  • Laboratoire : Sciences de l'atmosphère & Génie de l'environnement. École des mines de Douai
  • École doctorale : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq)

AUTEUR

  • Sauvage, Stéphane
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