Crédits Image : France SIMONET/IRCELYON/CNRS Photothèque
Thème 2 :
analyse chimique des phases particulaire et/ou gazeuse adsorbées sur ou absorbées par les suies
Il existe différents niveaux de caractérisation de la composition chimique des particules de suie. La spéciation thermo-optique carbone élémentaire/carbone organique permet de caractériser les particules de suie dans leur globalité, en quantifiant la part de chacune de ces deux fractions, sans toutefois fournir d’informations à l’échelle moléculaire. En revanche, les techniques d’analyses moléculaires, inorganiques et organiques, permettent d’avoir accès à la composition détaillée des particules.
Connaitre leur composition pour comprendre leur réactivité
On peut y retrouver :
- du carbone élémentaire, qui est défini comme du « Black Carbon(BC) », lorsqu’il est caractérisé optiquement,
- une fraction organique constituée d’un grand nombre de molécules de volatilités intermédiaires ou faibles tels que des alcanes ou les hopanes ainsi que des HAP qui constituent, avec leurs dérivés oxygénés et nitrés, une des familles les plus importantes,
- une multitude de métaux allant de l’Al au Rb en passant par le Ti et le Si,
- des espèces inorganiques azotés et soufrées telles que les acides HNO3 et H2SO4.
Dans l’atmosphère et dans les gaz de combustion/pyrolyse au sein des procédés industriels, les particules de suie sont émises puis transportées en présence simultanée de composés organiques volatils et semi-volatils ainsi que de gaz acides et d’éléments métalliques. Les particules de suie sont elles-mêmes constituées d’une fraction semi-volatile et sont ainsi en interaction permanente avec la phase gazeuse par des processus de condensation/évaporation directement influencés par les variations de température et de pression, les régimes d’écoulement, la dilution des masses d’air considérées et par des moyennes réactionnels notamment avec les oxydants présents en phase gazeuse.
Il est ainsi primordial lors de la caractérisation chimique des particules de suie d’étudier à la fois leur composition chimique de surface, en complément de leur composition considérée dans leur volume, et la composition de la phase gazeuse qui leur est associée.
En outre, il est important de souligner, qu’en plus de la complexité chimique des suies, leur composition est sujette à une variabilité importante à la source en raison de la diversité des combustibles mis en jeu (bois, charbon, kérosène…), des conditions de combustion (température, richesse…), mais aussi de leur évolution (cf. thème 3 : vieillissement des suies). Ainsi, la recherche de traceurs moléculaires (ex : le lévoglucosan pour la combustion du bois) et isotopiques spécifiques, est un outil essentiel à l’évaluation de la contribution des sources de particules de suie dans l’atmosphère.
