Thèse de Dumitru Duca

Amphithéâtre Pierre Glorieux - CERLA SOUTENANCE DE THÈSE de Dumitru Duca - laboratoire Phlam Résumé : Les émissions à l’échelle mondiale de particules carbonées fines et ultra-fines présentent un risque bien connu pour la santé et soulèvent des préoccupations environnementales im- portantes. Bien que les niveaux ambiants de particules carbonées aient été considérable- ment réduits au cours des dernières décennies par les restrictions successives des normes d’émission, leurs rejets dans l’atmosphère continuent de représenter l’une des principales sources de particules dans les zones urbaines. Les émissions de particules ultra-fines (suie) générées par les moteurs essence à combustion interne modernes sont au centre des préoccupations puisque les plus petites d’entre elles ne sont actuellement pas concernées par les règlementations sur les émissions automobiles qui se limitent aux particules de taille supérieure à 23 nm. Les effets potentiels sur l’environnement et la santé de ces émissions ultra-fines ne sont pas encore complètement compris en raison de l’absence de caractérisa- tion expérimentale de ces nanoparticules carbonées. La caractérisation physico-chimique détaillée de particules sélectionnées en taille émises par un moteur essence à combustion interne a été réalisée dans ce travail pour fournir des informations cruciales au bon développement de nouvelles technologies pour la détection et la mesure des particules de taille inférieure à 23 nm. Ces analyses ont été réalisées dans le cadre du projet H2020 PEMS4Nano qui vise à développer une technologie de mesure robuste, fiable et reproductible de particules ultrafines atteignant une taille aussi petite que 10 nm émises sur banc de test et en conditions réelles de conduite. Les caractérisations chimiques de ces particules sélectionnées en taille ont été réalisées par spectrométrie de masse (par exemple de type désorption ionisation laser, L2MS), qui révèle au niveau moléculaire des informations essentielles sur les classes chimiques des composés les constituant telles que les organosulfates, les hydrocarbures oxygénés, les hydrocarbures azotés, les métaux ou les hydrocarbures aromatiques polycycliques. La morphologie des particules émises a été sondée avec des techniques de microscopie à force atomique, microscopie électronique en transmission et à balayage. La spectroscopie Raman exaltée par effet de pointe a été également appliquée pour la première fois à des particules de combustion inférieures à 10 nm pour recueillir des informations sur leur nanostructure. La composition chimique de surface et la nature de l’interaction entre les adsorbats et la surface (chimi/physi-sorption) régissent la réactivité des particules dans l’environnement et leurs effets nocifs sur la santé humaine. Afin de mieux comprendre ces interactions et prédire leurs impacts, il est nécessaire de pouvoir déterminer les énergies d’adsorption des composés chimiques présents à la surface des particules. Dans ce but a été développée et validée dans ce travail une nouvelle méthode basée sur le phénomène de désorption induite par laser pour déduire l’énergie d’adsorption d’espèces chimiques sur différents types de surfaces carbonées à partir de spectres de masse L2MS. Cette procédure expérimentale a été développée pour être rapide, résolue spatialement, sensible aux molécules de surface, et, supplémentée par un modèle théorique décrivant le phénomène de désorption, permet de déterminer l’énergie d’adsorption sur une grande variété d’échantillons. La preuve de concept de la méthode a été fournie par son application à des systèmes chimiques de complexité grandissante, montrant son énorme potentiel pour l’étude d’échantillons de terrain complexes.