Rôle du dma et du tma dans la nucléation d'aérosols impliqués dans la formation des nuages / ro[...]

Rôle du DMA et du TMA dans la nucléation d'aérosols impliqués dans la formation des nuages // Role of DMA and TMA in the nucleation of aerosols involved in cloud formation, Orléans

Université d'Orléans

Topic description

Ce sujet propose de mieux comprendre la réactivité de molécules émises par l'activité humaine et présentes sous forme de traces dans l'atmosphère. Malgré leur faible proportion, elles pourraient jouer un rôle important dans les premières étapes de la formation de nuages et donc dans le dérèglement climatique [1].

Le dimethylamine (DMA, (CH3)2NH) est une molécule présente sous forme de traces dans l'atmosphère terrestre et suspectée d'avoir un rôle crucial dans la formation d'aérosols potentiels noyaux de condensation à l'origine de la formation de nuages impactant le dérèglement climatique. Ces traces de DMA ont principalement une origine anthropique, car cette molécule, tout comme le Trimethylamine (TMA, (CH3)3N), est un composé organique volatile (N-VOC) émis par de nombreuses industries chimiques, pharmaceutiques et pétrochimiques [2]. Il est donc fondamental de mieux comprendre la réactivité de ces molécules et leur impact sur la dynamique atmosphérique. Des travaux récents ont été menés avec de grands instruments, comme dans l'expérience CLOUD au CERN [3], mais peu d'études en laboratoire permettent de varier les conditions expérimentales et de réaliser de nombreux diagnostics dans un environnement plus contrôlé.

Des travaux à l'IPR (Institut de Physique de Rennes, UMR, CNRS/Univ. Rennes 1) utilisant la spectrométrie de masse FALP-MS (post-décharge en écoulement avec sonde de Langmuir) ont montré que, contrairement au TMA, le DMA tend à former des ions négatifs par attachement dissociatif, puis très rapidement des clusters. Cette observation est cohérente avec les réactions en plasmas réactifs, comme au GREMI, où la voie réactionnelle par ions négatifs favorise la formation de nanoparticules en phase gazeuse. Pour explorer cette similitude, des expériences exploratoires GREMI/IPR ont été menées grâce au soutien du GDR SUIE. Ces expériences dans un plasma d'argon basse pression au GREMI ont montré qu'une très faible addition de DMA induisait instantanément la formation de molécules de masse supérieure (spectrométrie de masse) et la croissance rapide de nanoparticules.

Dans cette thèse, l'étude approfondie de la réactivité du DMA et du TMA permettra de mieux comprendre les voies réactionnelles à l'origine de la formation de nanoparticules. Les expériences plasma du GREMI diagnostiqueront les molécules formées lors de la dissociation du DMA et des recombinaisons successives, notamment via la spectrométrie de masse. Le plasma sera également caractérisé par la sonde de Langmuir, la spectroscopie d'émission optique et la cavité résonante micro-ondes. Ces analyses seront couplées à des études ex-situ des nanoparticules (MEB, XPS, etc.) pour déterminer leurs propriétés et leur composition. Cette étude visera à mieux comprendre le rôle du DMA dans les processus de nucléation et la formation des noyaux de condensation à l'origine des nuages.

Des expériences complémentaires seront réalisées à l'IPR, en se concentrant sur des réactions spécifiques. La mesure de la cinétique (coefficient de réaction, rapport de branchement, identification des produits) en phase gazeuse, dans une gamme de températures pertinentes pour la troposphère terrestre (à K), permettra d'éclairer le rôle de la charge électrique dans les premières étapes de nucléation. La recombinaison dissociative des ions DMA+ et TMA+ sera mesurée à K avec le dispositif FALP-MS. La cinétique de la réaction entre l'ion négatif DMA- et H2O sera également étudiée à basse température avec le dispositif CRESU-SIS. Ces résultats compléteront ceux du GREMI pour mieux identifier les processus impliqués dans la formation d'aérosols.

[1] Ceppi P. et al, PNAS,, e
[2] Ge X. et al, Atmospheric Environment, 45, -
[3] Dunne E. M. et al, Science, ,
#J-18808-Ljbffr