Les oxydes d’azote atmosphériques (NOx=NO+NO2) sont des composés clefs en chimie de l’environnement, jouant un rôle central pour la capacité oxydante de l’atmosphère et le cycle de l’azote. La composition isotopique du nitrate atmosphérique (NO?3 particulaire et HNO3 gazeux), constituant leur puits ultime, renseigne sur leur bilan chimique. Le rapport 15N/14N donne une indication de leurs sources, alors que l’anomalie isotopique en oxygène (?17O=d17O-0.52×d18O) révèle la nature de leurs mécanismes d’oxydation. Des études couplées de d15N et ?17O d’échantillons de nitrate atmosphérique collectés dans l’Arctique, en Antarctique et dans l’atmosphère marine au dessus de l’Océan Atlantique, où le bilan des NOx est souvent mal connu ont été effectuées. À ces fins, le défi que constitue la mesure simultanée des trois rapports isotopiques du nitrate (17O/16O, 18O/16O et 15N/14N) dans le même échantillon représentant moins d’une micromole a été relevé. La solution adoptée tire avantage des propriétés d’une bactérie dénitrifiante, utilisée pour convertir le nitrate en N2O, dont la composition isotopique totale a été mesurée en utilisant un système automatisé de chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse de rapport isotopique. Les principaux résultats obtenus via les isotopes de l’oxygène permettent l’identification claire de transitions saisonnières entre voies d’oxydation des NOx, y compris le rôle majeur des composés halogénés réactifs au printemps polaire en régions côtières. Les isotopes de l’azote ont quant à eux permis d’apporter de nouvelles contraintes sur le cycle de l’azote dans les régions polaires, grâce au fractionnement significatif induit par les phénomènes de remobilisation post-dépôt affectant le nitrate dans le manteau neigeux, et l’émission de NOx qui en découle / Atmospheric nitrogen oxides (NOx=NO+NO2) are central to the chemistry of the environment, as they play a pivotal role in the cycling of reactive nitrogen and the oxidative capacity of the atmosphere. The stable isotopes of atmospheric nitrate (in the form of particulate NO?3 or gaseous HNO3), their main ultimate sinks, provide insights in chemical budget of NOx : its nitrogen isotopes are almost conservative tracers of their sources, whereas NOx sinks are revealed by its triple oxygen isotopic composition. The long-awaited challenge of measuring all three stable isotope ratios of nitrate (17O/16O, 18O/16O and 15N/14N) in a single sample at sub-micromolar levels has been resolved. The newly developed method makes use of denitrifying bacteria to quantitatively convert nitrate to a stable species (N2O), whose isotope ratios are measured using an automated gas chromatography/isotope ratio mass spectrometry analytical system. Dual measurements of d15N and the isotope anomaly (?17O=d17O-0.52×d18O) of atmospheric nitrate samples collected in the Arctic, the Antarctic and in the marine boundary layer of the Atlantic Ocean, have been used to derive the chemical budget of NOx and atmospheric nitrate in these remote regions. Main results from oxygen isotope measurements pertain to the identification of seasonal and latitudinal shifts in NOx oxidative pathways in these environments (including the role of halogen oxides chemistry in polar regions during springtime), as a function of particle sizes. Nitrogen isotopes are found to provide strong constraints on the budget of reactive nitrogen in polar regions, due to the strong fractionation associated with snowpack photochemical loss of nitrate and its conversion to NOx

Le volcanisme plinien modifie le climat pendant plusieurs années en injectant de grandes quantités de dioxyde de soufre directement dans la stratosphère, oxydé ensuite en gouttelettes d'acide sulfurique qui réfléchissent les rayonnements solaires et changent les propriétés radiatives de l'atmosphère. L'étude de signaux volcaniques préservés dans les archives glaciaires, consistait jusqu'à présent à simplement mesurer les concentrations de sulfate. Nous proposons l'utilisation de nouveaux traceurs que sont les anomalies isotopiques de l'oxygène et du soufre de sulfate volcanique enregistré à Dôme C et Pôle Sud pour apporter de nouvelles informations sur le volcanisme passé.<br />Une étude de l'évolution temporelle des anomalies isotopiques de l'oxygène et du soufre dans les sulfates volcaniques de l'Agung (mars 1963) et du Pinatubo (juin 1991) a été menée. L'anomalie isotopique du soufre change de signe au cours du temps et passe d'une phase positive, au début du dépôt de sulfate à une phase négative à la fin. Ce changement de signe s'accompagne d'un appauvrissement en isotopes lourds avec le temps. L'anomalie isotopique du soufre est créée à partir d'une réaction d'oxydation photochimique de SO2 en acide sulfurique, suggérant un processus rapide qui dure un mois environ. L'anomalie isotopique de l'oxygène, quant à elle, a permis d'établir un lien avec l'oscillation quasi-biennale de la stratosphère.<br />Douze signaux volcaniques ont été étudiés dans leur globalité au cours du dernier millénaire. L'anomalie isotopique du soufre a permis d'identifier 6 éruptions volcaniques stratosphériques révélant l'utilité d'un tel traceur lorsque la nature des éruptions est méconnue.

Les oxydes d'azote atmosphériques (NOx=NO+NO2) sont des composés clefs en chimie de l'environnement, jouant un rôle central pour la capacité oxydante de l'atmosphère et le cycle de l'azote. La composition isotopique du nitrate atmosphérique (NO?3 particulaire et HNO3 gazeux), constituant leur puits ultime, renseigne sur leur bilan chimique. Le rapport 15N/14N donne une indication de leurs sources, alors que l'anomalie isotopique en oxygène (?17O=d17O-0.52×d18O) révèle la nature de leurs mécanismes d'oxydation. Des études couplées de d15N et ?17O d'échantillons de nitrate atmosphérique collectés dans l'Arctique, en Antarctique et dans l'atmosphère marine au dessus de l'Océan Atlantique, où le bilan des NOx est souvent mal connu ont été effectuées. À ces fins, le défi que constitue la mesure simultanée des trois rapports isotopiques du nitrate (17O/16O, 18O/16O et 15N/14N) dans le même échantillon représentant moins d'une micromole a été relevé. La solution adoptée tire avantage des propriétés d'une bactérie dénitrifiante, utilisée pour convertir le nitrate en N2O, dont la composition isotopique totale a été mesurée en utilisant un système automatisé de chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse de rapport isotopique. Les principaux résultats obtenus via les isotopes de l'oxygène permettent l'identification claire de transitions saisonnières entre voies d'oxydation des NOx, y compris le rôle majeur des composés halogénés réactifs au printemps polaire en régions côtières. Les isotopes de l'azote ont quant à eux permis d'apporter de nouvelles contraintes sur le cycle de l'azote dans les régions polaires, grâce au fractionnement significatif induit par les phénomènes de remobilisation post-dépôt affectant le nitrate dans le manteau neigeux, et l'émission de NOx qui en découle

La réaction de formation de l’ozone O+O2+M→O3+M est un exemple unique de réaction chimique qui mène à une composition isotopique anormale des produits, probablement due à une brisure de symétrie. L’existence d’autres réactions chimiques présentant des effets isotopiques similaires est encore controversée malgré des études affirmant que de telles réactions existent. Ainsi, deux études sur la réaction O+CO+M → CO2+M indiquent un fractionnement indépendant de la masse de 8% environ. Néanmoins, la présence d’ozone dans ces expériences soulève des questions en ce qui concerne la validité des résultats. Nous avons donc étudié à nouveau la réaction O+CO+M dans le photoréacteur installé au CCAR (Université de Copenhague) où les réactifs et les contaminants sont surveillés par spectroscopie FTIR. Cette étude, combinée avec l’analyse de la distribution spectrale des lampes utilisées et la modélisation cinétique des isotopes, mène à une réinterprétation complète des expériences précédentes. Nous concluons que les mesures disponibles sont plus compatibles avec l’hypothèse qu’aucune anomalie isotopique indépendante de la masse n’a lieu dans la réaction O+CO et que toutes les observations peuvent être complètement expliquées par un transfert isotopique à partir de l’ozone.Nous présentons également une méthode pour produire des échantillons d’ozone à haute pureté et déterminer une limite supérieure des contaminations par les oxydes d’azote basée sur des mesures par spectrométrie de masse. Ces valeurs pourront être utilisées comme référence pour de futures études sur les sections efficaces d’absorption de l’ozone dans l’IR et l’UV. / The ozone formation reaction O+O2+M→O3+M is a unique example of a chemical reaction that leads to an anomalous isotopic composition of the products, most likely due to symmetry – breaking effects. So far, results on other chemical systems that might show similar effects are spurious, even though such claims concerning reactions other than the formation of ozone have been made repeatedly.This applies in particular to the spin forbidden O+CO+M→CO2+M reaction, where two studies report a mass-independent fractionation of about 8%. Nevertheless, the presence of ozone in these experiments raises questions as to the validity of this assertion. We thus make a new attempt to study the O+CO+M reaction in the photoreactor at CCAR (University of Copenhagen) where reagents and contaminants are monitored on-line by FTIR spectroscopy. This study combined with the analysis of the spectral distribution of the employed lamps and isotope kinetic modeling lead to a complete re-interpretation of previous experiments. We conclude that available measurements are more compatible with the hypothesis that there is no mass-independent isotope fractionation in the O+CO reaction. We propose that all observations can be completely explained by an isotope transfer from ozone, involving photolytic production of O(1D) that in turn leads to OH radicals, which then rapidly form CO2 from reaction with CO. We also present a method to produce pure ozone samples and derive an upper limit on nitrogen oxide contaminations based on mass spectrometer measurements. These values will serve as benchmarks values for future studies of ozone absorption cross sections in the IR and UV.