PhysicoChimie des Processus de Combustion et de l'Atmosphère

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Réactivité atmosphérique homogène et hétérogène

Thématiques de recherche

REACTIVITE ATMOSPHERIQUE HOMOGENE

 

La cinétique chimique de réactions d’intérêt atmosphérique et en combustion en phase gazeuse est étudiée en utilisant différents dispositifs expérimentaux basés d’une part sur le couplage de la Photolyse Laser pour la création des réactifs, avec des méthodes de diagnostics laser résolus dans le temps, et d’autre part dans des chambres de simulation atmosphérique.

Nos projets de recherche sont orientés d’une part vers le développement de techniques expérimentales par diagnostics lasers plus sélectives, et d’autre part vers leurs applications afin d’améliorer la connaissance de la réactivité du radical HO2. Deux techniques expérimentales différentes et complémentaires sont mises en oeuvre:

  • La technique Cavity Ring Down Spectroscopy (cw-CRDS) dans le proche infrarouge est couplée à deux réacteurs : une chambre de simulation atmosphérique et un réacteur à photolyse laser. Le réacteur à photolyse laser est également équipé d’une détection par Fluorescence Induite par Laser haute cadence.
  • La technique FAGE (Fluorescence Assay after Gas Expansion) est couplée à une cellule de photolyse laser haute température (298 à 900K) et haute pression (1 à 10 bar) pour des applications en chimie atmosphérique et en combustion de basse température (applications moteur). Ce dispositif est couplé à un PTR-TOFMS pour l’analyse d’espèces moléculaires.

Nous poursuivons également l’exploitation d’un réacteur de photolyse laser, mais couplé à une détection par Absorption InfraRouge moyen avec une Diode Laser Accordable (TDLAS : Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy). L’étude du devenir atmosphérique des aldéhydes et de COV oxygénés est en cours.
Deux thématiques de recherche sont développées :

  • Développements et améliorations techniques des diagnostics laser destinés à l'étude de la réactivité du radical HO2
  • Applications des diagnostics laser à l'étude de la cinétique des réactions élémentaires
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REACTIVITE ATMOSPHERIQUE HETEROGENE

 

Les perspectives envisagées sur la cinétique et les mécanismes de réactions atmosphériques hétérogènes dans le contrat quadriennal en cours constituent le programme de travail du CPER - GIS IRENI. Elles entrent dans le cadre de nos collaborations avec le LASIR - Université Lille1 et le Département « Chimie et Environnement » de l’Ecole des Mines de Douai.

 

L’influence des particules d’aérosols sur la chimie atmosphérique n’est plus à démontrer mais elle reste encore trop peu connue. Nos perspectives s’inscrivent donc dans le cadre d’études expérimentales de chimie hétérogène sur des systèmes modèles (se rapprochant le plus possible des conditions réelles rencontrées dans la troposphère principalement). Les principaux objectifs sont de déterminer :

  • les paramètres cinétiques de transfert des polluants gazeux sur les surfaces des particules (constantes de vitesse, coefficient de capture notamment),
  • les produits adsorbés et formés à l’interface et dans les deux phases (condensée et gazeuse),
  • les mécanismes d'adsorption et réactionnels de surface à l'échelle de la particule individuelle,
  • les effets du vieillissement des particules d’aérosols sur leur réactivité hétérogène.

Les principaux dispositifs expérimentaux instrumentés suivant sont utilisés :

  • un réacteur statique pouvant recevoir des échantillons solides permet le contact entre la phase gazeuse et des surfaces solides pour des cinétiques lentes.
  •  un réacteur à écoulement et à paroi interne recouverte, couplé à une extraction par jet moléculaire et à une détection des espèces réactives (atomes, radicaux) en phase gazeuse par spectrométrie de masse.

Afin de bien comprendre les mécanismes réactionnels hétérogènes, il est fondamental de caractériser les surfaces solides exposées aux polluants. L’analyse tant chimique que morphologique de la surface est suivie par microspectrométrie Raman et IR couplée à des méthodes numériques de traitement de données (collaboration avec le LASIR). L’analyse de l’extrême surface (quelques nanomètres) pourra être atteinte grâce à l’utilisation de spectromètres XPS ou TOF-SIMS.
Les thématiques de recherche développées sont les suivantes :

  • Etude des interactions surface modèles - espèces radicalaires.
  • Etude des interactions gaz - particules d’aérosols d’intérêt atmosphérique : vers une étude à l’échelle de la particule
  • Etude des interactions oxydants atmosphériques - pollens
  • Etude des impacts des particules de suies sur les maladies respiratoires.