L'objectif de cette thèse est d'évaluer l'incidence de la pollution azotée des transports sur les écosystèmes de montagne, mais aussi de montrer que la géographie propose une approche complémentaire à celles des chimistes ou des biologistes. Deux vallées Pyrénéennes ont été choisies comme terrain d'étude : le site de Biriatou/Saint-Jean-de-Luz, un axe de passage international (A63) confronté à une progression considérable du trafic, notamment poids lourds avec plus de 7500 PL par jour durant l'année 2000, et la vallée d'Aspe (RN134), pour faire un état de la situation avant l'ouverture du nouveau tunnel routier international du Somport. La recherche dans le domaine de la pollution atmosphérique du trafic routier pose de nombreuses difficultés méthodologiques. Etablir une cartographie de cette pollution constitue pourtant un préalable indispensable à l'étude des risques induits par le trafic. Un modèle de diffusion spatiale de la pollution a été mis en œuvre dans cette optique. Le polluant retenu pour cette étude est le dioxyde d'azote (NO2) car il contribue – avec les autres polluants azotés – à l'acidification et à l'eutrophisation des eaux et des sols. Une méthode intégrant la topographie a permis d'établir une cartographie des dépôts azotés pour les deux secteurs d'étude. Nous montrons que l'évaluation du dépôt polluant (l'aléa) ne permet pas – à elle seule – de déterminer le risque. Chaque écosystème possédant des caractéristiques qui lui sont propres (capacité tampon du sol, nature de la végétation notamment), la vulnérabilité traduite en termes de charges critiques diffère en fonction des conditions environnementales. C'est à travers la mise en relation spatiale des niveaux de pollution avec la connaissance des milieux naturels que les zones à risques peuvent être localisées. La méthodologie proposée dans cette thèse a permis de montrer que les risques environnementaux liés aux transports routiers sont bien réels, même lorsque le trafic est faible selon les conditions de dispersion.

Ce travail concerne la modification de la sélectivité de couches minces de dioxyde d'étain par l'ajout de couches superficielles en vue de la réalisation de microcapteurs de gaz. Une partie de cette étude a été consacrée à la caractérisation des différentes couches, essentiellement par la diffraction des rayons X sous incidence rasante en raison des faibles épaisseurs étudiées. Les couches minces de dioxyde d'étain sont élaborées soit par évaporation réactive soit par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Quant aux couches superficielles, elles ont été choisies soit pour leur action catalytique vis-à-vis de certains gaz (cas des couches de platine, de palladium ou de rhodium) soit pour leur pouvoir de filtration comme les couches de silice. Dans une seconde partie, les performances électriques des couches de dioxyde d'étain modifiées par les couches superficielles ont été évaluées sur un banc de test. Il s'agit de suivre les variations de conductance sous gaz (éthanol, monoxyde de carbone, méthane, oxydes d'azotes) en fonction de la température. Il a été ainsi mis en évidence le rôle catalytique de certains matériaux, ce qui a permis d'obtenir des couches plus sélectives pour un gaz donné. Enfin, cette étude a abouti à la réalisation de microcapteurs de gaz dans lequel l'élèment sensible se trouve sous forme de couche mince.

Les villes concentrent les activités humaines, par là-même des sources de pollution importantes. Elles jouent un rôle majeur en matière de qualité de l'air et de changement climatique. Quantifier l'impact des émissions urbaines aux échelles régionale et globale nécessite de caractériser l'export des polluants anthropiques urbains. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à la distribution des oxydes d'azote (NOx) en région parisienne, en particulier à l'influence de la variabilité de l'épaisseur de la couche limite sur leur distribution verticale. Pour ce faire, nous avons analysé, comparé et confronté les mesures d'instruments déployés au sol et dans l'espace : mesures in-situ de NO2 du réseau AIRPARIF, colonnes intégrées de NO2 du spectromètre UV-visible SAOZ de la station Qualair et des instruments spatiaux SCIAMACHY et GOME-2, hauteur de couche limite du microlidar rétrodiffusion de la station Qualair. La construction de cette base de données a nécessité de nombreux développement algorithmiques, qu'il s'agisse de déterminer la hauteur de couche limite à partir des observations lidar, ou de filtrer les observations du SAOZ en présence de nuages. L'étude combinée de la variabilité de la hauteur de couche limite et de la distribution des NOx a permis de préciser les relations entre concentrations au sol et contenus intégrés selon la verticale, et a souligné l'intérêt de disposer d'une mesure intégrée depuis le sol, et en centre ville, pour estimer les émissions urbaines de NOx. Par ailleurs, ce travail a mis en évidence l'existence de gradients verticaux de NO2 prononcés dans la couche limite urbaine, l'hypothèse d'un profil vertical uniforme, souvent utilisé lors des inversions satellite, n'étant pas pertinente. À partir des observations disponibles, nous avons enfin établi, analysé et discuté les conditions de validité d'une relation empirique permettant de relier directement le contenu intégré de NO2 dans la couche limite à sa concentration de fond en surface.

La SCR (Selective Catalytic Reduction) permet de réduire les oxydes d'azote (NOx) à l'intérieur d'une ligne d'échappement d'un véhicule Diesel à l’aide d’une solution réductrice à base d’urée injectée en amont d’un catalyseur. L'urée est convertie en NH3 par pyrolyse et hydrolyse, et NH3 réduit les NOx enN2 sur le catalyseur. Cependant, comme cette technique met en jeu un ensemble de réactions très complexes, beaucoup de réactions parasites peuvent entraîner la formation de produits secondaires contenant de l'azote et perturber le bon déroulement du procédé. Par conséquent, l’élaboration d’une étude sur la mesure de ces produits secondaires et de leurs conditions de formation est donc essentielle pour la bonne calibration de la SCR. Si pour certains composés, les techniques de mesures sont encore à développer, dans tous les cas, on se trouve confronté à des problèmes liés au prélèvement des espèces. L'objectif de la thèse est d'identifier, de comprendre et de quantifier les phénomènes qui entrent en jeu et qui perturbent l'analyse des composés azotés dans la ligne d'échappement et dans la ligne de prélèvement. Le travail a été mené selon différents axes de recherche : la comparaison des méthodes de mesure de composés azotés en situation réelles dans les gaz d‘échappement d'un moteur Diesel muni d’un catalyseur SCR, l'étude du prélèvement des composés azotés et notamment NH3 dans une ligne de prélèvement standard et la modélisation des pertes dans une ligne de prélèvement. A la fin de ce travail, nous avons évalué l’impact des conditions de prélèvements : température des gaz, composition et/ou longueur des lignes de prélèvement, sur les résultats de la mesure. Ce travail nous permet d'apporter des suggestions pour améliorer le prélèvement et les mesures des composés azotés présents à l'échappement d'un véhicule Diesel équipé d'une SCR. / SCR (Selective Catalytic Reduction) reduces nitrous oxides (NOx) in the exhaust line of a Diesel vehicle using a reducing solution containing urea injected upstream of a catalyst. Urea is converted by pyrolysis and hydrolysis in NH3, NH3 reduces NOx in N2 on the catalyst. However, as this technique involves a very complex set of reactions, many side reactions can lead to the formation of secondary products containing nitrogen and disturb the process. Therefore, the study of the measurement of these secondary products and the conditions of their formation is essential for the proper calibration of the SCR technology. If for some compounds, the measurement techniques are already on the market, for other devices they are still developing, but in all cases, we are faced with problems related to the collection of species that disturb measurement. The objective of this thesis is to identify, understandand quantify the phenomena that disturb the analysis of nitrogen compounds in the exhaust and the sampling line. The work was carried out in different areas of research: comparison of methods for measuring nitrogen compounds in real situations in the exhaust gas of a Diesel engine equipped with an SCR catalyst, study of the sampling of nitrogen compounds and particularly NH3 in a standard sampling line and modelling of losses in the sampling line. At the end of this work, we evaluated the impact of sampling conditions: temperature, gas composition and / or length of the sample lines on the measurement results. This work allows us to make suggestions to improve the sampling and the measurement of nitrogen compounds present in the exhaust of a Diesel vehicle equipped with an SCR.

Les objectifs principaux de ce travail sont de faire l'étude de la synthèse, de la caractérisation et des propriétés catalytiques de nanocatalyseurs à l'argent et au cuivre supportés sur l'alumine {Ag/Al₂O₃ (I), Cu/AI₂O₃ (I) et Ag-Cu/A1₂O₃ (I)} pour la réduction catalytique sélective des NOx par le propylene sur une plage de concentration d'oxygène comprise entre 1 à 15%. Les propriétés physicochimiques telles que la structure, la surface spécifique, la réductibilité thermique en présence d'hydrogène ont été étudiées. Les catalyseurs obtenus sont des nanocristaux, leurs propriétés sont nettement différentes en comparaison aux matériaux de taille micrométrique. Les résultats obtenus montrent que les échantillons à base d'argent utilisés dans cette recherche avaient une structure principalement cristalline et que la surface spécifique était très élevée. Le matériau préparé en une seule étape Ag/Al₂O₃ (I) présente une plus grande surface spécifique que celui préparé en deux étapes et le catalyseur conventionnel. Pour cela cette méthode a été retenue pour préparer les autres échantillons étudiés dans ce travail. Également on a pu observer qu'avec l'addition du cuivre aux catalyseurs on voit que la surface spécifique diminue considérablement, avec l'absence de la structure cristalline et que leur réductibilité vis-à-vis de l'hydrogène adsorbée à la surface augmente. Les résultats catalytiques indiquent que le catalyseur Ag/A1₂O₃ (I) préparé en une seule étape présente une meilleure activité catalytique pour la réduction sélective du NO en N₂ en présence d'une teneur d'oxygène très élevée comparativement aux Ag/Al₂O₃ (II) et Ag/Al₂O₃ (C) préparés en deux étapes et à partir de l'alumine commerciale pour les mêmes conditions réactionnelles. Pour Ag/A1O₃ (I), l'addition du cuivre Ag-Cu/A1₂O₃ (I) dans la structure augmente l'activité catalytique pour la réduction du NO, pour l'oxydation de C₃H₆ et la stabilité thermique à de très hautes températures. Cependant, la présence d'oxygène dans le courant gazeux a un effet négatif sur la réduction de NO avec le catalyseur Cu/A1₂O₃ (I), qui devient quasiment inactif à une concentration de 10 à 15% d'oxygène.

Dans une optique de maîtrise du procédé d'incinération des ordures ménagères et de ses possibles émissions polluantes, nous avons développé un modèle mathématique qui simule un lit d'ordures ménagères en combustion sur une grille mobile. Ce modèle décrit la plupart des phénomènes physicochimiques et thermiques intervenant lors de l'incinération : séchage et pyrolyse de la charge, combustion et gazéification du carbone résiduel, transferts thermiques, effondrement du lit, brassage... Il intègre également une description des mécanismes de volatilisation des métaux lourds et de formation des NOx. La cinétique de départ des métaux lourds est modélisée en tenant compte des différentes étapes de transport (transfert externe, diffusion intraparticulaire, volatilisation) au moyen de l'approche des temps caractéristiques additifs. Dans le cas simulé du cadmium, la prédiction d'une volatilisation quasi-complète est conforme aux résultats de la littérature. Le sous-modèle NOx prend en compte les mécanismes de formation thermique, prompt, combustible, par l'intermédiaire de N2O, ainsi que les mécanismes de réduction homogène par recombustion et hétérogène par le carbone résiduel. Les calculs révèlent que prédominent la formation par le mécanisme combustible et la destruction par la réduction hétérogène. Enfin, le modèle de lit a été utilisé pour étudier l'influence des divers paramètres opératoires : température, débit et distribution d'air primaire, taille des particules de déchets, brassage et schéma de brassage. Les résultats sont présentés et discutés en détail. L'influence des conditions opératoires sur l'efficacité du procédé et sur les émissions de Cd et NOx est analysée.

Les oxydes d'azote (NOx) sont responsables de la plupart des problèmes liés à l'environnement tels que le processus de formation de l'ozone troposphérique et le phénomène des pluies acides. Parmi les procédés de dénitrification mis en place par les industriels, les technologies de Recombustion et de Réduction Sélective Non Catalytique (RSNC), qui utilisent respectivement des hydrocarbures et des composés azotés (l'ammoniac, l'urée, ou l'acide cyanurique) comme agents réducteurs, présentent des avantages très attractifs. Ces techniques sont performantes, relativement simples à mettre en œuvre, et ne nécessitent qu'un faible coût d'investissement. L'objectif de ce travail consiste à étudier les influences des principaux paramètres de fonctionnement d'une installation sur la performance de réduction de NO des procédés de Recombustion et de RSNC en utilisant respectivement le méthane (CH4) et l'ammoniac (NH3) comme agent réducteur. Les études paramétriques de réduction de NO ont été réalisées sur un réacteur de type piston à l'échelle du laboratoire. Les effluents gazeux sont analysés par spectroscopie d'absorption Infrarouge à Transformée de Fourrier (IRTF). Les principaux paramètres de fonctionnement tels que la température des fumées, le temps de passage, la concentration initiale en NO dans les fumées et la quantité d'agent réducteur injecté ont été analysés. Le procédé de Recombustion par le méthane est une approche très efficace. Dans nos conditions expérimentales un taux de réduction maximal de NO proche de 90% a été obtenu. La performance du procédé est étroitement liée à la valeur des principaux paramètres de fonctionnement utilisés comme : la température de fumées, le facteur de richesse de la zone de Recombustion, le temps de passage moyen et la concentration initiale en NO. Selon les conditions expérimentales, une compétition entre deux processus chimiques peut se produire : la réduction de NO par Recombustion et la formation de NO via le mécanisme du NO-précoce. Les résultats expérimentaux obtenus ont été comparés à ceux issus de la modélisation par le code de calcul SENKIN-CHEMKIN II en utilisant quatre mécanismes de référence : GDF-Kin®3.0_NCN (El Bakali et col., 2006), Glarborg (Glarborg et col., 1998), GRI3.0 (Smith et col., 1999) et Konnov (Konnov et col., 2005). En utilisant l'ammoniac NH3 comme agent réducteur, un taux de réduction proche de 80% a été obtenu dans nos conditions optimales pour le procédé RSNC. L'étude de l'influence des paramètres de fonctionnement a montré que sous certaines conditions opératoires, une compétition entre le processus de formation de NO par l'oxydation de NH3 et la réduction de NO par RSNC pouvait se produire. Plusieurs composés chimiques tels que CH4, C2H2, C2H4, C2H6, CH3OH, C2H5OH, CO et H2 ont été évalués comme additifs au procédé RSNC. L'utilisation de ces additifs conduit à un décalage de l'ordre de 100 K de la fenêtre optimale de température pour le procédé de réduction. D'autre part, l'addition de ces composés permet également d'améliorer très sensiblement le taux de réduction de NO pour les températures de fumées les plus basses. Le mécanisme cinétique détaillé de Coda Zabetta et Hupa (2008) a été modifié et optimisé par rapport à nos conditions expérimentales. Il permet de prédire correctement l'effet des additifs étudiés sur la performance du procédé RSNC. Une analyse cinétique permet également d'expliquer l'effet de ces additifs sur la réduction de NO par l'ammoniac.