Physico-Chimie de l'Atmosphère

Responsable : Denis PETITPREZ
Co-responsable : Christa FITTSCHEN

Les activités scientifiques de l’Equipe de Recherche "Physicochimie de l’Atmosphère" portent sur l’étude des processus gouvernant la formation et l’évolution des espèces chimiques en phases gazeuse et particulaire dans la troposphère. Ces études ont pour but de mieux comprendre et de quantifier les impacts de ces mécanismes en lien avec les problématiques environnementales que sont les effets sanitaires de la pollution et le réchauffement climatique global liés aux activités anthropiques. Forte de son expérience acquise en chimie atmosphérique et en métrologie, l’équipe a élargi son domaine de compétence plus récemment à l'étude de qualité de l’air intérieur.

Les personnels de l’équipe développent principalement :

  • des techniques de laboratoire permettant d’étudier les mécanismes fondamentaux de réactivité en phases homogène et hétérogène.
  • des équipements de métrologie afin de détecter des espèces très minoritaires et/ou très réactives. Fortement ancrée sur les applications atmosphériques de ses travaux, l’équipe est à l’initiative ou participe à des campagnes de mesures sur terrain. Les résultats issus de ses recherches permettent de caractériser finement et de modéliser les transformations chimiques au sein des atmosphères extérieures et intérieures.

L’Equipe de Recherche "Physicochimie de l’Atmosphère" comprend deux axes de recherche :

Axe 1 : Réactivité atmosphérique homogène et hétérogène
Axe 2 : Qualité de l’air, de la métrologie à la modélisation

Les personnels

Chercheurs CNRS : Fittschen Christa (DR), Hanoune Benjamin (CR, HDR), Pillier Laure (CR, HDR), Schoemaecker Coralie (CR)
Enseignants-chercheurs Lille1 : Fèvre-Nollet Valérie (MCF, HDR), Lebègue Patrick (MCF), Petitprez Denis (PR), Visez Nicolas (MCF)
Personnels ITA-CNRS et IATOS-Lille1 : Batut Sébastien (IE), Demaux Pascal (AI), Germain Sébastien (T), Gosselin Sylvie (A.I.), Hombert Olivier (T),  Hecquet Christophe (IR), Béatrice Lecrenier (T)
Post-doctorants et ATER : Assaf Emmanuel (Post-doc Climibio)
Doctorants : Wu Junteng (CaPPA 2018*), Jinane FARAH (co-tutelle Liban, 2018*), Mohamad Al Ajami (2018*), Florent Kravtchenko (2019*)

(* soutenance prévue)

DR : Directrice de Recherche CNRS ; CR : Chargé.e de Recherche CNRS ; PR : Professeur des Universités ; PREm : Professeur des Universités Emérite ; MCF : Maître de Conférences ; HDR : Habilité.e à Diriger des Recherches ; IR : Ingénieur de Recherche ; IE : Ingénieur d'Etude ; AI : Assistante-Ingénieur ; T : Technicien.ne

Principaux Equipements et Savoir-faire

  • Réacteur à écoulement, cellule de photolyse, génération et métrologie des gaz et des aérosols.
  • FAGE, PTR-MS, GC-MS, SMPS, APS, FIL, cw-CRDS, spectromètre de masse, analyseurs de gaz (ozone, oxydes d'azote, formaldéhyde et acide nitreux), capteurs miniatures.

Contrats et collaboration en cours

Participation aux actions de vulgarisation scientifique

  • Fête de la science
  • Accueil de stagiaires de collèges et lycées
  • Stand "Qualité de l'air" à l'Xperium.

Liste des thèses en cours

Physico-chimie des aérosols et propriétés optiques : mesures expérimentales dans le domaine IR et inversion des données satellitaires

A ce jour, de nombreux instruments de sondage à distance de l’atmosphère permettent de détecter et de quantifier des espèces gazeuses atmosphériques clés à partir de spectromètre infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) embarqués sous ballon, avions ou plateformes satellites. Or ces spectres infrarouges à haute résolution spectrale contiennent aussi des signatures imputables aux aérosols atmosphériques. Bien qu’encore très peu exploités, il est possible d’inverser ces spectres IR pour identifier la nature chimique des particules d’aérosols et leur granulométrie. Ceci s’explique d’une part, par la complexité du traitement du transfert radiatif dans ce cas (absorption + diffusion + émission thermique + émission solaire…) et d’autre part, par le manque de propriétés optiques de références obtenues en laboratoire. C’est pourquoi les laboratoires PC2A et LOA ont développé une méthodologie originale permettant de dériver les indices de réfraction de particules à partir de spectres d’extinction enregistrés dans la gamme spectrale infrarouge et UV-vis compatibles avec celles des instruments satellitaires, tels que IASI ou GOSAT, facilitant ainsi l’intégration directe des mesures de laboratoire dans les modèles d’inversion. Ces expériences alimenteront les bases de données encore peu renseignées dans le domaine infrarouge. Nous proposons de poursuivre ce projet en élargissant la nature des aérosols étudiés : particules liquides, particules mixtes, particules solides recouvertes d’organiques. Enfin une partie de l’étude plus exploratoire portera sur le lien entre vieillissement atmosphérique des particules et évolution de leurs propriétés optiques.

mots clés : Métrologie des aérosols  -  Réactivité hétérogène - Propriétés optiques – Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier et UV-vis – Sondage atmosphérique

Programmes de recherche en lien avec le sujet : LaBEX CaPPA

Financement : 50% Lille1, 25% Labex CaPPA(PC2A), 25% labex CaPPA (LOA)

Doctorant : Alexandre Deguine

Direction de la thèse : Denis Petitprez (PC2A), Hervé Herbin (LOA)

Modifications physico-chimiques du pollen par la pollution atmosphérique

mots clés : Pollen, Lipides, Allergie

La pollution atmosphérique transforme le pollen : sa composition chimique est modifiée, sa structure physique est altérée, ses fonctions biologiques de reproduction sont diminuées et surtout, les pollens allergisants le sont généralement plus lorsqu’ils sont pollués.

Malgré une littérature abondante sur le sujet, les modifications chimiques induites par la pollution sur le pollen ne sont pas connues en détail. Certains effets de la pollution sur le pollen sont encore incertains et la dose de polluants affectant le pollen n’est pas connue.

Dans ce travail, nous proposons de travailler sur l'effet de la pollution atmosphérique sur les lipides du pollen.

Programmes de recherche en lien avec le sujet : Climibio, Labex CaPPA

Financement : 50% Lille1, 50% Univ. Tripoli

Doctorant : Jinane Farah

Direction de la thèse : Denis Petitprez, Moomem Baroudi (Univ. Tripoli, Liban), Nicolas Visez

Investigation of the atmospheric reactivity through experimental measurement of the oxidizing capacity of the atmosphere

mots clés :

Programmes de recherche en lien avec le sujet :

Financement : 

Doctorant : Mohamad Al Ajami

Direction de la thèse :

Reactivity of peroxy radicals studied using a fast flow reactor coupled to LIF, cw-CRDS and mass spectroscopy

mots clés :

Programmes de recherche en lien avec le sujet :

Financement : 

Doctorant : Florent Kravtchenko

Direction de la thèse : Laure Pillier

Etude de la qualité de l'air intérieur grâce à des mesures par systèmes multicapteurs

Doctorante : Eliane Assy

Financement: 50% U. Lille et 50% Rincent Air

date prévue de fin: 2020

Direction de la thèse : Benjamin Hanoune

mots-clés: air intérieur, pollution, capteurs

résumé : 

L’objet de ce travail de thèse est de comprendre les phénomènes régissant la qualité de l’air à l’intérieur des bâtiments, en particulier les bâtiments récents à basse consommation. En effet, pour respecter les normes énergétiques actuelles, les bâtiments nouvellement construits sont d’une part de plus en plus étanches à l’air, et d’autre part ventilés avec un système de renouvellement d’air canalisé et programmable, et non plus diffus et naturel. De plus, ils sont construits avec des nouveaux matériaux et de nouvelles techniques, dont l’impact sur la qualité de l’air est encore méconnu. Il est donc nécessaire de réaliser des études documentant ces nouvelles constructions.

Classiquement, les études en air intérieur se font grâce à des moyens de prélèvements des polluants, qui fournissent, après analyse différée en laboratoire, une  réponse intégrée sur la période du prélèvement. Nous proposons dans ce travail d’utiliser des microcapteurs de polluants, qui sont des outils technologiques récents, miniatures, performants, autonomes, et à bas coût, ce qui permet d’équiper simultanément plusieurs lieux. Leur temps de réponse rapide permet de vérifier l’effet de la ventilation sur la réduction des polluants émis par des sources intérieures et également de relier des épisodes de pollution (intérieure ou venant de l’extérieur) à un évènement. Il existe de tels capteurs sélectifs vis-à-vis de certains polluants, d’autres qui donnent une réponse à des familles de polluants, fournissant plutôt une signature du type de pollution. Ces deux types de capteurs sont déjà opérationnels au PC2A, grâce à des collaborations avec l’INRIA et Mines-Douai.

Ces capteurs seront utilisés pour équiper des bâtiments existants, anciens, rénovés, ou en construction, sur le campus Lille 1 principalement. Des mesures complémentaires avec des instruments « classiques » (analyseurs online, compteurs de particules, techniques chromatographiques, PTR-MS…) seront également réalisées. La qualité de l’air à l’intérieur de ces bâtiments sera analysée en conjonction avec la ventilation et la performance énergétique du bâtiment. Les protocoles d’analyse des données issues des capteurs et leur automatisation devront être développés lors de cette thèse.

Ces mesures serviront à valider et exploiter un indice de qualité de l’air intérieur.

Liste des post Docs en cours

Etude de la chimie des radicaux peroxyles

mots clés : Cinétique chimique, chimie radicalaires, radicaux peroxyles

Programmes de recherche en lien avec le sujet : Climibio, CaPPA

Financement : Climibio

Post-doctorant : Emmanuel Assaf

Résumé : Les radicaux peroxyles sont des espèces clefs dans l'oxydation des hydrocarbures aussi bien en condition de combustion qu'en chimie atmosphérique. Leur chimie en atmosphère de basse concentration de NOx est peu connue. Dans le cadre de ce stage postdoctorales, les réactions de quelques radicaux peroxyles seront étudiées à l'aide de la photolyse laser couplé à une détection de différents radicaux par cw-Cavity Ring Down Spectroscopy (cw-CRDS) et Fluorescence Induite par Laser (FIL).