Émissions biogéniques de composés organiques volatils en région méditerranéenne PDF Download
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Book Description
Les Composés Organiques Volatils (COV) jouent un rôle important dans la chimie de l'atmosphère et participent à la formation de polluants secondaires comme l'ozone et les aérosols organiques. Les émissions biogéniques de COV dominent d'un facteur dix les émissions anthropiques à l'échelle globale mais leur caractérisation à l'échelle régionale est incertaine. Les progrès en modélisation de la chimie atmosphérique passent par l'amélioration des inventaires d'émissions, ce qui nécessite des mesures de flux in situ. Ces travaux portent sur l'étude des émissions de COV biogéniques par les végétations méditerranéennes dans le cadre du programme ChArMEx (Chemistry and Aerosol Mediterranean Experiment) qui vise à concentrer les efforts scientifiques sur l'étude de la chimie et des aérosols de l'atmosphère du bassin méditerranéen. La méthode Eddy Covariance (EC) permet de quantifier directement les échanges d'espèces chimiques entre la surface et l'atmosphère. Cette méthode constitue une référence pour les mesures de flux mais n'est applicable qu'à un nombre limité d'espèces car elle requiert la mesure rapide (~ 0,1 s) et simultanée de la concentration du composé étudié ainsi que de la vitesse du vent vertical. Afin d'élargir le champ de mise en œuvre de cette technique d'autres solutions dérivées de l'EC ont été proposées, dont la méthode Disjunct Eddy Covariance (DEC) qui a pour particularité de réduire la contrainte sur la mesure rapide de l'espèce chimique tout en gardant une précision acceptable sur le calcul du flux. Dans le cadre de ces travaux de thèse un système de prélèvement a été développé pour mettre en œuvre la mesure de flux de COV par la méthode DEC. Ce dispositif appelé MEDEE (Mesures par Échantillonnage Disjoint des Échanges d'Espèces en trace) repose sur une technologie nouvelle qui permet une capture rapide d'un échantillon d'air et assure son transfert à pression constante vers un analyseur connecté en ligne. Il est composé de deux "seringues mécaniques" actionnées par des vérins électriques dont le fonctionnement est alterné pour alimenter en continu l'analyseur. Trois électrovannes disposées à l'entrée de chaque réservoir dirigent le flux d'air en fonction du cycle de fonctionnement. L'ensemble du système est cadencé par un microcontrôleur avec une précision à la milliseconde. Le système de prélèvement a été réalisé en matériaux inertes chimiquement pour éviter la dégradation de l'échantillon et être compatible avec les espèces en trace réactives. MEDEE a été testé et validé pour les mesures de flux au sol et en avion lors de deux campagnes de terrain. Le système MEDEE a ainsi permis, lors de deux campagnes de mesures pendant les étés 2010 et 2011 au-dessus d'une forêt de chênes pubescents, de mesurer les flux d'isoprène grâce à un couplage avec un analyseur adapté (Fast Isoprene Sensor). Un réseau de neurones artificiels (RNA) a ensuite été utilisé pour déterminer une paramétrisation des flux d'isoprène en fonction des paramètres environnementaux à partir des observations des campagnes de mesures. La modélisation des émissions d'isoprène a été validée pour les conditions environnementales rencontrées. Cette paramétrisation servira dans un modèle de chimie atmosphérique à l'étude de l'impact des émissions de COV biogéniques sur la qualité de l'air.
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Les Composés Organiques Volatils (COV) jouent un rôle important dans la chimie de l'atmosphère et participent à la formation de polluants secondaires comme l'ozone et les aérosols organiques. Les émissions biogéniques de COV dominent d'un facteur dix les émissions anthropiques à l'échelle globale mais leur caractérisation à l'échelle régionale est incertaine. Les progrès en modélisation de la chimie atmosphérique passent par l'amélioration des inventaires d'émissions, ce qui nécessite des mesures de flux in situ. Ces travaux portent sur l'étude des émissions de COV biogéniques par les végétations méditerranéennes dans le cadre du programme ChArMEx (Chemistry and Aerosol Mediterranean Experiment) qui vise à concentrer les efforts scientifiques sur l'étude de la chimie et des aérosols de l'atmosphère du bassin méditerranéen. La méthode Eddy Covariance (EC) permet de quantifier directement les échanges d'espèces chimiques entre la surface et l'atmosphère. Cette méthode constitue une référence pour les mesures de flux mais n'est applicable qu'à un nombre limité d'espèces car elle requiert la mesure rapide (~ 0,1 s) et simultanée de la concentration du composé étudié ainsi que de la vitesse du vent vertical. Afin d'élargir le champ de mise en œuvre de cette technique d'autres solutions dérivées de l'EC ont été proposées, dont la méthode Disjunct Eddy Covariance (DEC) qui a pour particularité de réduire la contrainte sur la mesure rapide de l'espèce chimique tout en gardant une précision acceptable sur le calcul du flux. Dans le cadre de ces travaux de thèse un système de prélèvement a été développé pour mettre en œuvre la mesure de flux de COV par la méthode DEC. Ce dispositif appelé MEDEE (Mesures par Échantillonnage Disjoint des Échanges d'Espèces en trace) repose sur une technologie nouvelle qui permet une capture rapide d'un échantillon d'air et assure son transfert à pression constante vers un analyseur connecté en ligne. Il est composé de deux "seringues mécaniques" actionnées par des vérins électriques dont le fonctionnement est alterné pour alimenter en continu l'analyseur. Trois électrovannes disposées à l'entrée de chaque réservoir dirigent le flux d'air en fonction du cycle de fonctionnement. L'ensemble du système est cadencé par un microcontrôleur avec une précision à la milliseconde. Le système de prélèvement a été réalisé en matériaux inertes chimiquement pour éviter la dégradation de l'échantillon et être compatible avec les espèces en trace réactives. MEDEE a été testé et validé pour les mesures de flux au sol et en avion lors de deux campagnes de terrain. Le système MEDEE a ainsi permis, lors de deux campagnes de mesures pendant les étés 2010 et 2011 au-dessus d'une forêt de chênes pubescents, de mesurer les flux d'isoprène grâce à un couplage avec un analyseur adapté (Fast Isoprene Sensor). Un réseau de neurones artificiels (RNA) a ensuite été utilisé pour déterminer une paramétrisation des flux d'isoprène en fonction des paramètres environnementaux à partir des observations des campagnes de mesures. La modélisation des émissions d'isoprène a été validée pour les conditions environnementales rencontrées. Cette paramétrisation servira dans un modèle de chimie atmosphérique à l'étude de l'impact des émissions de COV biogéniques sur la qualité de l'air.
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Les composés organiques volatils (COV) sont des composants clé en chimie atmosphérique. Ils participent à des réactions photochimiques dans la basse atmosphère et jouent ainsi un rôle majeur dans le cycle de l'ozone troposphérique et la formation d'aérosols organiques secondaires. A l'échelle globale, ces COV sont à 10% d'origine anthropique et à 90% d'origine biotique. Les enjeux liés aux émissions de COVB sont d'autant plus importants en région méditerranéenne en raison du potentiel d'émission élevé ainsi que des évènements réguliers de pollution photochimique. Cette thèse propose, à travers deux campagnes de mesures intensives, la caractérisation expérimentale des COVB et de leurs produits d'oxydation dans deux sites ruraux représentatifs de la végétation méditerranéenne.Dans le cadre du projet CANOPEE (ANR-JCJC 2011-2014) une campagne de mesure a eu lieu à l'Observatoire du chêne pubescent de Haute Provence (O3HP). Des mesures de concentrations et de flux d'émission ont été réalisées à l'échelle de la canopée dans le but de quantifier l'export des COVB hors canopée et d'étudier la chimie intra-Canopée. Dans la forêt de l'O3HP, des concentrations en isoprène très élevées ont été mesurées, en particulier au sein de la canopée où elles ont atteint 16 ppbv les journées les plus chaudes. Selon le facteur d'émission de 7.2 mg m-2 h-1 déterminé, la forêt de chênes pubescents de l'O3HP fait partie des écosystèmes les plus fortement émetteurs d'isoprène à travers le monde. Parmi les COV oxygénés, seul le méthanol a des flux d'émission significatifs, avec un taux d'émission moyen égal à 0.3 mg m-2 h-1. Un des points forts de ce travail a consisté en l'étude du transport et de la chimie intra-Canopée. D'après nos estimations, les processus intra-Canopée sur le site de l'OHP jouent un rôle mineur sur les flux nets d'isoprène sortant de la canopée.La deuxième campagne de mesure s'inscrit dans le cadre du programme ChArMEx (Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment). Elle a pris place sur le site du Cap Corse, situé à distance des sources anthropiques et qui abrite une diversité d'espèces végétales. Les résultats obtenus ont permis la quantification et spéciation de nombreux COVB. Un grand contraste dans la signature des émissions de COVB a été observé entre les deux sites d'étude. Ainsi, tandis que l'isoprène est responsable de plus de 90% des COVB en termes de concentrations à l'OHP, il ne représente que 35% de leurs concentrations totales au Cap Corse. Les 65% restants sont composés de nombreux monoterpènes. Ces résultats ont également mis en évidence la chimie rapide des COVB et l'importance de leur contribution à la formation de composés secondaires oxygénés dans les conditions de photochimie intense qui caractérisent le bassin méditerranéen en période estivale.Au Cap Corse, comme à l'O3HP, les COVB représentent le puit dominant des radicaux hydroxyles. En présence de NOx et pour des concentrations équivalentes à celles de l'OHP ou du Cap Corse, le potentiel des COVB à former de l'ozone a été évalué à 10 ppbv en moyenne.
Author: Anne-Violette Lavoir Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages :
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Les Composés Organiques Volatils Biogéniques (COVB), principalement émis par la végétation et largement représentés par les isoprénoides, influencent la capacité oxydative et le bilan de rayonnement global de la troposphère. Leurs émissions sont diffuses de par l'ampleur des sources (à savoir tous paysages naturels) mais aussi variables car elles sont contrôlées par divers facteurs environnementaux, principalement lumière et température. En région méditerranéenne, la disponibilité en eau représente une contrainte environnementale majeure pour les végétaux qui subissent des épisodes de sécheresse sévères et détermine le pattern annuel de l'activité végétale aussi bien que la température ou la lumière. L'objectif de ce travail était de caractériser l'effet d'une limitation en eau sur les émissions biogéniques à différentes échelles temporelles et spatiales chez une espèce modèle Quercus ilex. Grâce à une approche expérimentale, une forte diminution des émissions foliaires a été observée en période de sécheresse, associée à une perturbation du contrôle de la lumière et de la température sur ces émissions. L'extrapolation de cette approche expérimentale à l'aide d'outils de modélisation a permis d'intégrer cet effet à des échelles spatiales plus larges, à savoir canopée et région. On constate alors que si l'effet du stress hydrique n'est pas pris en compte dans les modèles de simulation, ils surestiment les émissions biogéniques lors des périodes de sécheresse. Le modèle de simulation ainsi obtenu à l'échelle régionale est explicite et quantitatif et pourrait être utilisé pour estimer les émissions biogéniques futures dans un contexte de changement global.
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Les échanges entre la biosphère et l'atmosphère dirigés par des processus physiques, chimiques et biologiques contribuent à déterminer l'équilibre climatique et environnemental. La biosphère continentale, c'est à dire le sol et la végétation, constitue la source principale des émissions biogéniques. La végétation est associée aux émissions directes et à l'exception du dioxyde de carbone, elle émet principalement des hydrocarbures ou Composés Organiques Volatiles (COV) au cours des processus métaboliques. Le sol est quant à lui, une source de composés de l'azote, NOx, N2O, N2, et NH3, de méthane (CH4), et, dans une moindre mesure, de soufre. La composition chimique naturelle de l'atmosphère est déterminée par l'activité de la biosphère continentale, la dynamique atmosphérique (transport, convection, turbulence, dépôt sec et humide) et tous les processus chimiques et photochimiques. Afin de caractériser au mieux cette composition, une quantification précise des sources et des puits des différents constituants est nécessaire. Cette quantification repose sur la mesure précise des flux d'échange entre la biosphère et l'atmosphère; ceci met en évidence la nécessité de bien maîtriser ces méthodologies, de connaître leurs limites d'applicabilité, éventuellement d'adapter les méthodes existantes à la mesure des flux de constituants en trace. Mon travail a consisté à utiliser les méthodes micrométéorologiques REA et Méthodes de corrélation pour effectuer respectivement des mesures des flux de NOx et d'isoprène en région Méditerranéenne dans le cadre du programme ESCOMPTE (juin - juillet 2001)...
Author: Romain Olivier Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 12
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Biogenic volatile organic compounds (BVOC) are atmospheric gases originating from the secondary metabolism of plants and sometime stored in their leaves under oil forms. Once released in the air, they contribute to chemical reactions leading to the formation of different polluting compounds, including ozone, a greenhouse gas. BVOC emissions are regulated by some environmental parameters among which soil nutrient status showed a non-negligible but still unclear influence. For some years, sewage sludge compost spreading have been tested in Mediterranean shrubland, in order, on the one hand, to restore lands degraded by frequent and mostly anthropogenic fire, and on the other hand, to find a recycling alternative to these wastes whose production keeps increasing. Since these Mediterranean ecosystems are composed of many BVOC emitting species, our study aimed at assessing, through several experimentations, the impact of sewage sludge compost, and more widely fertilizers, on BVOC emission rates and therefore on atmospheric pollution processes. In a first plant nursery study, we assessed the effect of a chemical fertilization on pot-grown Quercus pubescens isoprene emission, in shade or full sun growth conditions. This study showed a significant diminution of isoprene emissions under the highest fertilizer dose, whatever light growth conditions. In two other studies, we assessed the effect of sewage sludge compost spreading in a Mediterranean shrubland, under two doses, on BVOC emissions and contents of Rosmarinus officinalis, Cistus albidus and Quercus coccifera. Seasonal observations were also monitored for this last species. Both studies presented a relatively weak effect of compost on plant nutrition and BVOC emissions. The different studies of this project showed that the predominant effect on plants of fertilizer or amendment supply was the increase of their growth, especially their leaf emitting biomass. Thus, at the landscape scale, these practices may induce, via a better growth of emitting species, an increase of BVOC emissions much more higher than that observed at the leaf level.
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Les émissions naturelles, qui regroupent des composés organiques volatils (COV) ainsi que des composés azotés et soufrés, participent à la physico-chimie de l'atmosphère. La connaissance qualitative et quantitative de telles émissions est indispensable à la compréhension de phénomènes de pollutions tels que la formation d'ozone troposphérique. Le travail réalisé comporte une série de résultats parmi lesquels : - Le recensement des principales sources naturelles en zone méditerranéenne et la mise au point d'algorithmes de calcul des émissions. - L'estimation annuelle des émissions naturelles dans la région PACA par application de modèles mathématiques. - Des procédures de validations des résultats.- L'étude de la sensibilité des principaux parmètres responsables de l'émission - La détermination lors de campagnes sur sites méditerranéens, de taux et flux d'émission terpéniques à partir des méthodes des cuvettes instrumentées et des gradients
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Les Composés Organiques Volatils (COV) sont des acteurs importants de la chimie de l'atmosphère influençant le climat et la qualité de l'air. La végétation en est la principale source représentant 90% des émissions d'origine biogénique (COVb). Il est estimé que les couverts agricoles contribueraient à 27% des émissions totales de COVb en Europe mais ces émissions restent mal connues. Dans ce travail, les échanges de COVb par le blé, le colza, et le maïs sont étudiés, ces espèces agricoles étant les principales en France et dans le monde, en termes de surface cultivée. Des flux de COVb ont été mesurés au champ, au niveau de la plante, avec des chambres dynamiques couplées à un spectromètre de masse PTR-Qi-Tof-MS. Les échanges de 997 composés ont pu être mesurés grâce à cet instrument de haute sensibilité. Dans le Chapitre 1 nous présentons une revue des mécanismes d'émission des COVb, des méthodes de mesure de flux, des résultats expérimentaux sur les échanges de COVb pas les systèmes agricoles, et des modèles mathématiques d'émission par les écosystèmes. Dans le Chapitre 2 nous décrivons la campagne et les dispositifs de mesure. Dans le Chapitre 3 nous présentons les résultats des échanges de COVb mesurés durant une semaine pour chaque espèce. Les émissions étaient dominées par le méthanol (55-85% des émissions totales), suivi de l'acétone et l'acétaldéhyde. Les 10 composés les plus émis, hors méthanol, représentaient plus de 50% des émissions totales, et les 100 composés les plus émis plus de 90%. Les flux de COVb présentaient peu de variation intra-espèce mais d'importantes variations inter-espèces, avec des flux net totaux de 0.11±0.02 μg_COVB g_MS^(-1) h^(-1) pour le maïs, 1.5±0.7 μg_COVB g_MS^(-1) h^(-1) pour le blé, et 9.1±2.4 μg_COVB g_MS^(-1 ) h^(-1) pour le colza. Finalement les facteurs d'émission standard de l'isoprène et des monoterpènes ont été évalués pour chaque espèce, constituant les premières estimations connues pour le colza. Dans le Chapitre 4 nous étudions l'influence du stade de développement, et plus particulièrement de la senescence, sur les émissions de COVb par le blé. Nous montrons un doublement des émissions totales pendent la sénescence par rapport à la maturation, avec notamment une augmentation de la contribution de l'acétaldéhyde (1.6% des émissions totales pendant la maturation et 9.7% pendant la sénescence) et de l'acide acétique (0.7% pendant la maturation et 2.7% pendant la sénescence) aux émissions totales. Dans le Chapitre 5 nous estimons les principaux paramètres du modèle MEGAN 2.1 pour les trois espèces de plantes. Nous comparons les flux des six principaux composés mesurés pour le colza à l'échelle de la plante par les chambres dynamiques avec des mesures par Eddy Covariance à l'échelle de l'écosystème, afin d'évaluer la représentativité des mesures en chambre. Ce travail montre l'hétérogénéité des échanges de COVb par les plantes agricoles et les données générées pourront contribuer à l'amélioration des modèles d'émission.
Author: Antoine Waked Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
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La connaissance des sources primaires (combustion des énergies fossiles, combustion de la biomasse, éruptions des volcans, etc.) et secondaires (oxydation des composés organiques volatils (COV) suivie de la condensation formant des composés organiques particulaires) de l'aérosol organique ainsi que la caractérisation et la quantification de sa composition chimique restent un défit majeur, en particulier dans la région du Moyen Orient où les études de caractérisation de l'aérosol organique n'existent pas jusqu'à présent. Le Liban, un pays du Moyen Orient qui se situe au bord du bassin méditerranéen, représente un bon exemple pour la caractérisation des aérosols organiques dans cette région. Les travaux menés durant cette thèse s'inscrivent dans un objectif de l'étude de la qualité de l'air à Beyrouth (la capitale du Liban) en se concentrant plus spécifiquement sur les aérosols organiques. Tout d'abord, cette thèse a permis le développement d'un inventaire des émissions pour les gaz et les particules pour le Liban avec une résolution spatiale de 5 km x 5 km et pour la capitale Beyrouth avec une résolution spatiale de 1 km x 1 km. Les résultats obtenus indiquent que le transport routier est la source majoritaire responsable des émissions de monoxyde de carbone (CO), d'oxydes d'azote (NOX) et de composés organiques volatils non méthaniques (COVNM), tandis que les industries et les centrales électriques sont les principaux émetteurs des émissions de dioxyde de souffre (SO2) et des particules primaires. Ensuite, afin de caractériser les concentrations des polluants et plus spécialement la fraction organique des particules, deux campagnes de mesures intensives de 15 jours chacune ont été menées sur un site semi-urbain situé dans la banlieue de Beyrouth. Une première campagne estivale s'est déroulée en juillet 2011 et une deuxième campagne hivernale en février 2012. Ces campagnes, qui s'inscrivent dans le cadre du projet ECOCEM (Emission and Chemistry of Organic Carbon in East Mediterranean Beirut) ont permis une spéciation moléculaire et une catégorisation des sources en été et en hiver de l'aérosol organique au site de mesures où les campagnes ont été menées. En été, les précurseurs biogéniques tels que les monoterpènes et les sesquiterpènes qui aboutissent à la formation des aérosols organiques secondaires biogéniques sont la principale source à cause de l'insolation intensive et les températures élevées qui favorisent les émissions et les réactions de photo-oxydations. En hiver, la combustion de la biomasse est la principale source en raison de la combustion du bois dans le secteur résidentiel pour le chauffage. Enfin, les concentrations ambiantes des polluants à Beyrouth ont été simulées durant le mois de juillet 2011 à partir de données de l'inventaire des émissions développé dans le cadre de cette thèse en utilisant le modèle de chimie-transport Polyphemus/Polair3D. Les concentrations de polluants simulées avec le modèle ont été comparées aux concentrations mesurées durant la campagne estivale afin d'évaluer le modèle. Les résultats obtenus révèlent que le modèle est capable de simuler de manière satisfaisante les concentrations d'ozone (O3), de NOX et la plupart des composés présents dans les particules fines. Les différences entre le modèle et les mesures peuvent résulter des incertitudes dans les données d'entrée qui ont une très grande influence sur les sorties du modèle. Pour cela, une réduction des incertitudes engendrées par les données d'entrée et plus spécifiquement celles liées à l'inventaire des émissions est nécessaire. Par ailleurs, des mesures chimiques sur plusieurs sites sont aussi nécessaires dans le futur afin de mieux évaluer les simulations des concentrations de polluants.
Author: Collectif Publisher: IRD Éditions ISBN: 2709922207 Category : Nature Languages : en Pages : 736
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This book has been published by Allenvi (French National Alliance for Environmental Research) to coincide with the 22nd Conference of Parties to the United Nations Framework Convention on Climate Change (COP22) in Marrakesh. It is the outcome of work by academic researchers on both sides of the Mediterranean and provides a remarkable scientific review of the mechanisms of climate change and its impacts on the environment, the economy, health and Mediterranean societies. It will also be valuable in developing responses that draw on “scientific evidence” to address the issues of adaptation, resource conservation, solutions and risk prevention. Reflecting the full complexity of the Mediterranean environment, the book is a major scientific contribution to the climate issue, where various scientific considerations converge to break down the boundaries between disciplines.
Author: Romain Baghi
Author: Romain Baghi
Author: Athina-Cerise Kalogridis
Author: Dominique HARAKAT
Author: Anne-Violette Lavoir
Author: Angeliki Fotiadi
Author: Romain Olivier
Author: Laurent Dumergues
Author: Lais Gonzaga Gomez
Author: Antoine Waked
Author: Collectif