In the general part of this diploma thesis are presented technical information collected on the issue of spontaneous decay of ozone in water solution and problems with analytical monitoring of these processes. Particular attention is paid to influence of pH value, bicarbonate and peroxide concentration on ozone decay kinetics. Experimental part is focused on the use of spectrophotometry in the study of chemical reactions associated with the spontaneous decay of ozone in distilled and tap water depending on pH and temperature after saturating of water by ozone prepared from air and pure oxygen. Direct photometry in UV range of spectrum (at 260 nm) was used to monitoring of ozone decomposition kinetics.

This diploma thesis is occupy by assesment optimum method straining of tyres and then constructional concept of test cell for ozone degradation of rubber tyres with sizes from 13” to 15”. The final aim of this diploma thesis is construction of test cell which is based on choice of optimum method straining of tyres. The next output of this diploma thesis is concept of unit for ozone degaradation of tyres.

L'objectif général de la thèse est de caractériser la distribution géographique, les cycles saisonniers et l'évolution récente de l'ozone et du monoxyde de carbone dans la haute troposphère - basse stratosphère (UT - LS) au-dessus de huit régions d'intérêt, aux moyennes latitudes de l'hémisphère Nord. Pour cela, nous avons analysé les observations aéroportées IAGOS. Nous avons montré une tendance positive de l'ozone dans l'UT sur 1994 - 2013, et une tendance négative du monoxyde de carbone liée à la décroissance des émissions en surface. Nous avons comparé les mesures à la simulation de composition chimique sur le climat récent issue du modèle MOCAGE dans l'exercice d'intercomparaison CCMI. Pour ce faire, nous avons développé une nouvelle méthode permettant de projeter les mesures IAGOS sur le maillage du modèle et de traiter ainsi 20 ans d'observations. Cette méthode s'est révélée pertinente pour évaluer la simulation et pourrait être étendue à d'autres simulations et d'autres modèles. / The overall objective of the thesis is to characterize the geographical distribution, seasonal cycles and recent trends of ozone and carbon monoxide in the upper troposphere- lower stratosphere (UT-LS) over eight regions of interest, in the northern mid-latitudes. For this purpose, we first analyzed the IAGOS airborne observations. We have shown a positive trend in ozone in the UT over 1994-2013, and a negative trend in carbon monoxide, the latter being linked to the decrease in surface emissions. We then compared the observations to the recent climate chemical composition simulation performed by the MOCAGE model in the CCMI intercomparison exercise. To do this, we have developed a new method to project IAGOS measurements onto the model grid, allowing us to process long observation periods. This method has proven to be relevant for evaluating the simulation and could be extended to other simulations and models.

Dans le procédé de production d’engrais à base de superphosphate, l’attaque de la roche phosphatée par l’acide sulfurique génère des sous-produits gazeux odorants. Bien que leurs émissions se situent dans les limites réglementaires, les usines d’engrais à base de superphosphate sont susceptibles de causer des nuisances olfactives pour les riverains. Cette thèse propose d’étudier la faisabilité d’un procédé de traitement des odeurs par l’ozonation en phase gazeuse homogène. Une première étape de priorisation des composés chimiques ayant le potentiel odorant le plus important a été réalisée. Ce classement a été effectué à partir d’un rapport technique fourni par notre partenaire industriel basé sur une campagne de mesure olfactométrique et de caractérisation chimique des gaz émis par la cheminée d’une usine de production des engrais superphosphate. À partir du calcul de la valeur d’activité odorante (OAV), deux familles de composés ont été ciblées : les composés soufrés – représentés par le sulfure d’hydrogène (H2S), le sulfure d’éthylméthyle (MES) et le disulfure de diméthyle (DMDS) – et les aldéhydes (représentés par le propanal et le butanal). Deux techniques analytiques (GC/FID et SIFT/MS) ont été mises en œuvre afin d’évaluer les performances d’élimination de ces composés, la difficulté d'analyser une matrice gazeuse contenant de l'ozone ayant été mise en évidence. Ainsi, une interférence de l'ozone sur l'analyse des aldéhydes par GC/FID a été identifiée. La technique SIFT/MS a, quant à elle, nécessité un développement important. L’ozonation d’effluents gazeux modèles a été réalisée en suivant l’élimination des composés cibles dans différentes conditions de fonctionnement (temps de résidence, température du réacteur, concentration en ozone et taux d’humidité) dans un domaine expérimental compatible avec les contraintes industrielles. Les composés soufrés ont présenté des taux d’élimination élevés, particulièrement dans le cas de H2S, dont les conversions ont atteint environ 80%. Les monosulfures (MES) et disulfures organiques (DMDS) se sont montrés moins réactifs à l’ozone, puisque les conversions sont restées assez faibles (de l’ordre de 30% pour un ratio O3/soufrés similaire). Dans la gamme de conditions opératoires utilisées, ni l'humidité, ni le temps de résidence dans le réacteur n’ont montré d'influence considérable. La concentration d'ozone s’avère être le paramètre du procédé le plus influant, ayant un effet positif sur les taux de conversion des trois composés soufrés étudiés. Parallèlement, pour le DMDS, une augmentation de la température du réacteur a aussi amélioré la conversion. De manière globale, les taux de conversion les plus importants ont été obtenus pour les ratio O3/soufrés et la température du réacteur les plus élevés. A l’inverse, même lorsque les conditions de réaction les plus favorables ont été appliquées (température et concentration d’ozone les plus élevées), les aldéhydes se sont montrés non réactifs vis-à-vis de l’ozone. Malgré les faibles conversions obtenues, l’utilisation du SIFT/MS a permis d’identifier les principaux sousproduits de la réaction ozone-composés soufrés en phase gazeuse comme étant le méthyléthylsulfoxyde (MESO), le méthyléthylsulfone (MESO2), le diméthyl thiosulfinate (DMSOS), les isomères de diméthyl thiosulfonate (DMSO2S), le diméthyldisulfoxyde (DM(SO)2) et également le dioxyde (SO2) et le trioxyde de soufre (SO3). Le procédé de traitement des odeurs par ozonation directe des gaz en sortie de cheminée industrielle apparaît donc difficilement envisageable en raison de la faible efficacité d’élimination des composés malodorants démontrée dans nos essais. En revanche, cette technique couplée avec une absorption chimique pourrait s’avérer intéressante pour éliminer les nuisances olfactives avec une bonne efficacité / In the superphosphate-based fertilizers production process, the attack of phosphate rock by sulfuric acid generates odorous gaseous by-products. Although their emissions are within regulatory limits, superphosphate fertilizer plants are likely to cause odor nuisance to residents. This thesis proposes to study the feasibility of a process of odor treatment by ozonation in homogeneous gas phase. A first step of prioritization of the chemical compounds with the most important odorous potential has been realized. This ranking was established from a technical report provided by our industrial partner based on a campaign of olfactometric measurement and chemical characterization of the gases emitted by the chimney of a superphosphate fertilizer production plant. From the calculation of the odor activity value (OAV), two families of compounds were targeted: sulfur compounds - represented by hydrogen sulphide (H2S), ethylmethyl sulphide (MES) and dimethyl disulfide (DMDS) - and aldehydes (represented by propanal and butanal). Two analytical techniques (GC/FID and SIFT/MS) were applied in order to evaluate the elimination performance of these compounds, the difficulty of analyzing a gaseous matrix containing ozone having been demonstrated. Thus, ozone interference on GC/FID analysis of aldehydes has been identified. The SIFT/MS technique, in turn, required significant development. The ozonation of model gaseous effluents was carried out following the elimination of the target compounds under different operating conditions (residence time, reactor temperature, ozone concentration and moisture) in an experimental field compatible with the industrial constraints. The sulfur compounds exhibited high removal rates, particularly in the case of H2S, whose conversions reached about 80%. Organic monosulfides (MES) and disulfides (DMDS) were less reactive to ozone, as conversions remained quite low (around 30% for the same level of O3/sulfur ratio). In the range of operating conditions used, neither the moisture nor the residence time in the reactor showed considerable influence. The ozone concentration is the most influential process parameter, having a positive effect on the conversion rates of the three sulfur compounds studied. Meanwhile, for DMDS, an increase in reactor temperature also improved the conversion. Overall, the highest conversion rates were obtained for the highest O3/sulfur ratios and reactor temperature. Conversely, even when the most favorable reaction conditions have been applied (highest temperature and ozone concentration), the aldehydes have been inert to ozone. Despite the low conversions obtained, the use of SIFT/MS has identified the main by-products of the ozone-sulfur compounds gas phase reaction as methylethylsulfoxide (MESO), methylethylsulfone (MESO2), dimethyl thiosulfinate (DMSOS), isomers of dimethyl thiosulfonate (DMSO2S), dimethyldisulfoxide (DM(SO)2) and also sulfur dioxide (SO2) and trioxide (SO3). The odors treatment process by direct ozonation of the gases at the outlet of industrial chimney thus appears difficult to envisage because of the low efficiency of malodorous compounds elimination demonstrated in our tests. On the other hand, this technique coupled with chemical absorption could be interesting to eliminate the olfactory nuisances with a good efficiency

Cette thèse établit le schéma de dégradation hétérogène du chlorpyriphos éthyl (CLP) sous l'action des radicaux OH et de l'ozone pour des dépôts de CLP sur des plaques de quartz et sous celle l'ozone pour différentes contaminations de sable en CLP. Les constantes cinétiques de la dégradation hétérogène sont déterminées dans un réacteur photo-chimique couplé à un système GC/MS. Le chlorpyriphos-oxon (CLPO) et le trichloropyridinol (TCP) sont les produits de dégradation détectés en phase hétérogène quels que soit l'oxydant et le support. La réactivité hétérogène du CLPO vis-à-vis de l’ozone et des radicaux OH est également étudiée. Les résultats montrent que les radicaux OH constituent la principale voie de dégradation hétérogène du CLP et que le CLPO est plus persistant que le CLP. Le CLPO peut être transporté loin de son point d'application. L'ozonolyse hétérogène du CLP sur du sable montre que la cinétique est dépendante de la contamination en CLP de manière exponentielle. Le mécanisme réactionnel établi à partir de l'analyse des produits de dégradation en phase condensée prévoit la formation de petites molécules organophosphorées dont nous avons étudié la réactivité par rapport aux radicaux OH et au chlore atomique en phase gazeuse en fonction de la température. Le O,O,O-triéthylphosphate (TEP) et le diéthyle O,O-diéthyléthylphosphonate (DEEP) présentent des constantes de vitesse de supérieures à 10-10 cm3.molécule-1.s-1. Ces molécules se dégradent donc rapidement dans l'atmosphère et sont source d'une pollution photochimique locale. Enfin, pour compléter l'étude du devenir du CLP, son spectre UV est réalisé en phase gazeuse et sa constante de photolyse est déterminée à 1,8 10-5 s-1, ce qui implique une durée de vie de 16 heures vis-à-vis de la photolyse en phase gaz. / This thesis establishes the mechanism of heterogeneous degradation of chlorpyrifos (CLP) towards OH-radicals and ozone for CLP on quartz plaques and towards ozone for various contaminations of sand with CLP. The kinetic constants of the heterogeneous degradation are determined in a photo-chemical reactor coupled with a GC/MS. The chlorpyriphos-oxon (CLPO) and the trichloropyridinol (TCP) are the degradation products in the heterogeneous phase for different oxidizer and medium. The heterogeneous reactivity of CLPO towards ozone and OH-radicals are also studied. The results show that the OH-radicals constitute the main pathway of heterogeneous degradation of the CLP and that the CLPO is more persistent than the CLP. The CLPO can be transported far from its point of application. The heterogeneous ozonolysis of the CLP on sand shows that the kinetics are dependent of the contamination in CLP with an exponential behavior.The mechanism established from the analysis of products detected in the condensed phase plans the formation of small organophosphate molecules transferred in the gas phase. We studied the reactivity of two volatile organophosphate molecules the O,O,O-triethylphosphate (TEP) and the O,O-diethylethylphosphonate (DEEP) towards OH-radicals and towards the atomic chlorine in gas phase as a function of the temperature. The TEP and the DEEP present rate constants above 10-10 cm3.molecule-1.s-1. These molecules thus quickly degrade in the atmosphere and are source of a local photochemical pollution.Finally, to complete the degradation pattern of the CLP, its gas phase UV spectra is measured and its constant of photolysis is determined to 1,8 10-5 s-1, involving a photolysis life time of around 16 hours.

<p>Cilj ovog rada je bio da se ispita uticaj ozona i ozon/vodonik-peroksida na efikasnost uklanjanja POM i prekursora oksidacionih nusproizvoda, procesima koagulacije, flokulacije i adsorpcije. Posebna pažnja posvećena je ispitivanju uticaja navedenih procesa na sadržaj prekursora oksidacionih nusproizvoda hlora (trihalometana i halosirćetnih kiselina), kao i na uticaj hipohlorita na formiranje ovih jedinjenja u tretiranoj vodi. Analiza hemijskih karakteristika sirove podzemne vode kori&scaron;ćene u ispitivanjima pokazuje da sadrži visok nivo POM pretežno hidrofobnog karaktera (PB = 37,7&plusmn;0,60 mg KMnO4/l; DOC = 9,27&plusmn;0,92 mg C/l; UV254 = 0,497&plusmn; 0,015 cm-1; SUVA = 5,36&plusmn;0,49 1 mg-1 m-1; PFTHM = 555&plusmn;128 &micro;g/l; PFHAA = 245&plusmn;54,9 &micro;g/l), kao i visoku koncentraciju arsena (51,7&plusmn;16,4 &micro;g/l).<br />Poređenjem uticaja dve ispitivane vrste koagulanata (FeCl3 i FeCl3/PACl) utvrđeno je da imaju različite mehanizme uklanjanja POM i prekursora oksidacionih nusproizvoda. FeCl3/PACl omogućava smanjenje sadržaja POM izraženih preko vrednosti DOC, PB, UV254 apsorbancije i SUVA za 54%, 71%, 88% i 74%, u odnosu na sirovu vodu respektivno, dok se koagulacijom sa FeCl3 postiže smanjenje DOC, PB, UV254 apsorbancije i SUVA za 51%, 48%, 61% i 21%, respektivno. U vodi nakon koagulacije sa FeCl3 zaostaju POM hidrofobnog karaktera (SUVA = 5,12 l m-1 mg-1), dok se POM u koagulisanoj vodi sa FeCl3/PACl, mogu okarakterisati kao hidrofilne (SUVA = 1,70 l m-1 mg-1). Koagulacija sa FeCl3 i FeCl3/PACl omogućila je smanjenje sadržaja arsena u vodi za preko 95%, pri čemu su koncentracije As u koagulisanoj vodi bile niže od 10 &micro;g/l. Ozon i O3/H2O2 proces pokazuju sličnu efikasnost u smanjenju sadržaja POM i prekursora oksidacionih nusproizvoda. Poređenjem kombinovanih tretmana koji obuhvataju oksidacioni predtretman i koagulaciju, utvrđeno je da efikasnost koagulacije sa FeCl3 i FeCl3/PACl u smanjenju vrednosti DOC, PB, UV254, SUVA, PFTHM i aldehida, uglavnom zavisi od mehanizma delovanja samih koagulanata, dok ozon i O3/H2O2 proces doprinose smanjenju vrednosti ovih parametara kroz oksidaciju i izdvajanje lako isparljivih komponenti iz vode stripingom gasa. Sa aspekta promene sadržaja prekursora HAA, ozon i O3/H2O2 proces omogućavaju povećanje efikasnosti procesa koagulacije sa FeCl3 i FeCl3/PACl, u odnosu na koagulaciju bez oksidacionog predtretmana.<br />Kada se uzmu u obzir vrednosti svih navedenih parametara, kao i primenjenje doze oksidacionih sredstava i koagulanata, najbolji rezultati u uklanjanju POM i prekursora oksidacionih nusproizvoda (smanjenje vrednosti DOC za 55%, UV254 i SUVA za vi&scaron;e od 90%, u odnosu na sirovu vodu; PB = 7,70 mg KMnO4/l;&nbsp; PFTHM =158-188 &micro;g/l; PFHAA = 33,0-53,8 &micro;g/l i sadržaj aldehida 16,7-17,9 &micro;g/l) postižu se primenom tretmana koji obuhvataju oksidacioni predtretman ozonom (3,0 g O3/m3), odnosno O3/H2O2&nbsp; (3,3 g O3/m3; H2O2:O3 =1:1), koagulaciju (30 g FeCl3/m3 / 30 g Al/m3) uz recirkulaciju flokulacionog mulja i adsorpciju na zeolitu, flokulaciju, sedimentaciju i filtraciju na pe&scaron;čano/antracitnom filtru.<br />Za zavr&scaron;nu obradu vode GAU filtracijom pre procesa dezinfekcije, na osnovu svih ispitivanih parametara, kao najefikasniji u uklanjanju POM i prekursora oksidacionih nusproizvoda (THM, HAA i aldehida) pokazao se GAU Norit Row 0,8 Supra.<br />Hlorisanjem u simuliranim uslovima dezinfekcije, utvrđeno je da voda dobijena nakon GAU filtracije u ispitivanim tretmanima, ima zadovoljavajući kvalitet sa aspekta sadržaja THM i HAA (sadržaj THM je 69,7-77,4 &micro;g/l; koncentracija DCAA je &lt; MDL) čije su maksimalno dozvoljene koncentracije regulisane u vodi za piće (100 &micro;g/l za THM i 50 &micro;g/l za DCAA).<br />Statističkom obradom podataka iz laboratorijskih i pilot ispitivanja utvrđene su empirijske zavisnosti koje se mogu primenjivati za predviđanje koncentracije THM i HAA u tretiranoj vodi nakon tretmana ispitivanih na pilot postrojenju. Da bi se mogle primeniti za druge vrste vode i drugačije dizajnirane tetmane, neophodno je izvr&scaron;iti validaciju primenom nezavisnog seta podataka.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;<br />Svi rezultati dobijeni u toku istraživanja ukazuju na neophodnost primene oksidacionih sredstava u tretmanu ispitivane podzemne vode. Zbog različitog mehanizma delovanja, neophodno je izvr&scaron;iti odabir odgovarajuće vrste i doze oksidacionog sredstva, kao i koagulanta u tretmanu vode za piće, uzimajući u obzir karakteristika sirove vode i efikasnost koja se želi postići. Primena optimalnih doza ozona i O3/H2O2 omogućava povećanje efikasnosti uklanjanja POM i prekursora oksidacionih nusporizvoda, procesima koagulacije, flokulacije i adsorpcije. Odabirom odgovarajućih uslova tretmana postiže se da i nakon hlorisanja u postupku dezinfekcije, voda zadovoljava kriterijume kvaliteta vode za piće, sa aspekta sadržaja trihalometana i halosirćetnih kiselina.</p> / <p>The aim of this work was to investigate influence of ozone and ozone/hydrogen peroxide on efficiency of coagulation, flocculation and adsorption on natural organic matter and oxidation by-products removal. Special attention was dedicated to investigation of these processes on chlorine oxidation by-products (trihalomethanes and haloacetic acids) as well as on hypochlorite influence on formation of these compounds in treated water. The analysis of chemical characteristics of raw ground water used in this investigation show that it contains high amount of NOM, mainly of hydrophobic nature (PB = 37,7&plusmn;0,60 mg KMnO4/l; DOC = 9,27&plusmn;0,92 mg C/l; UV254 = 0,497&plusmn; 0,015 cm-1; SUVA = 5,36&plusmn;0,49 1 mg-1 m-1; PFTHM = 555&plusmn;128 &mu;g/l; PFHAA = 245&plusmn;54,9 &mu;g/l) as well as high arsenic concentration (51,7&plusmn;16,4 &mu;g/l).<br />Comparing the influences of two investigated coagulants (FeCl3 and FeCl3/PACl) it was observed that they have different mechanisms of NOM and oxidation by-products precursors&rsquo; removal. FeCl3/PACl enables reduction of DOC, PB, UV254 absorbance and SUVA value for 54%, 71%, 88% i 74%, respectively, relative to raw water. Coagulation with FeCl3 provides reduction of DOC, PB, UV254 absorbance and SUVA for 51%, 48%, 61% i 21%, respectively. In water coagulated with FeCl3 remains NOM of hydrophobic nature (SUVA = 5,12 l m-1 mg-1) while NOM in coagulated water with FeCl3/PACl can be characterized as hydrophilic (SUVA = 1,70 l m-1 mg-1). Coagulation with FeCl3 and FeCl3/PACl enables arsenic content reduction for over 95% relative to raw water, with As concentrations in coagulated water below of 10 &mu;g/l. Ozone and O3/H2O2 process demonstrates similar efficiency in NOM and oxidation by-products precursors content reduction. Comparing combined treatment which includes oxidation pretreatment and&nbsp;<span style="font-size: 12px;">coagulation, it was observed that efficiency of coagulation in DOC, PB, UV254, SUVA, PFTHM and aldehydes reduction mainly depends on coagulants activity mechanisms, while ozone and O3/H2O2 process contributes to reduction of these parameters through oxidation and removal of volatile compounds from water by gas stripping. Ozone and O3/H2O2 process enables increase of coagulation efficiency for HAA precursor&rsquo;s removal, comparing to coagulation without oxidation pretreatment.</span></p><p>Taking into account all measured parameters as well as applied doses of oxidation reagents and coagulants, it can be concluded that the best results in NOM and oxidation by-products precursors content reduction (decrease of DOC for 55%, UV254 i SUVA for more then 90%, related to raw water; PB = 7,70 mg KMnO4/l; PFTHM =158-188 &mu;g/l; PFHAA = 33,0-53,8 &mu;g/l and content of aldehydes 16,7-17,9 &mu;g/l) can be obtained by treatments which include oxidation pretreatment with ozone (3,0 g O3/m3), as well as with O3/H2O2 (3,3 g O3/m3; H2O2:O3 =1:1), coagulation (30 g FeCl3/m3 / 30 g Al/m3), with flocculation sludge recirculation and zeolit adsorption, flocculation, sedimentation and filtration on sand/anthracite filter.<br />For the final water treatment with GAC filtration before disinfection process, based on all parameters, GAC Norit Row 0,8 Supra was the most efficient in NOM and oxidation by-products precursors reduction (THM, HAA and aldehydes).<br />After chlorination in simulated disinfection conditions, it was determined that water after GAC filtration in investigated treatments has satisfactory quality in terms of regulated THM and HAA (content of THM is 69,7-77,4 &mu;g/l; concentration of DCAA is &lt; MDL) which maximal allowable level for drinking water is established (100 &mu;g/l for THM and 50 &mu;g/l for DCAA).<br />By statistical analysis of data obtained in laboratory and pilot scale experiments it was determined empirical relations for THM and HAA concentration predictions in treated water.<br />All obtained results in this research indicate that oxidation reagents need to be applied in treatment of investigated ground water. Because of different action mechanism, it is necessary to select the adequate type and dose of oxidation reagent and coagulant in water treatment, taking into account characteristics of raw water and efficiency that needs to be achieved. Application of optimal doses of ozone and O3/H2O2 enables increase of coagulation, flocculation and adsorption efficiency in NOM and oxidation by-products precursors&rsquo; removal. Selection of adequate treatment conditions provides that after chlorination in disinfection process water satisfies drinking water quality criteria, in terms of trihalomethanes and haloacetic acids.</p>

Thesis (M. Sc. (Statistics)) -- University of Limpopo, 2021 / The effects of ozone depletion on climate change has, in recent years, become a reality, impacting on changes in rainfall patterns and severity of extreme floods or extreme droughts. The majority of people across the entire African continent live in semi-arid and drought-prone areas. Extreme droughts are prevalent in Somalia and eastern Africa, while life-threatening floods are common in Mozambique and some parts of other SADC (Southern African Development Community) countries. Research has cautioned that climate change in South Africa might lead to increased temperatures and reduced amounts of rainfall, thereby altering their timing and putting more pressure on the country’s scarce water resources, with implications for agriculture, employment and food security. The average annual rainfall for South Africa is about 464mm, falling far below the average annual global rainfall of 860mm. The Limpopo Province, which is one of the nine provinces in South Africa, and of interest to this study, is predominantly agrarian, basically relying on availability of water, with rainfall being the major source for water supply. It is, therefore, pertinent that the rainfall pattern in the province be monitored effectively to ascertain the rainy period for farming activities and other uses. Modelling and forecasting rainfall have been studied for a long time worldwide. However, from time to time, researchers are always looking for new models that can predict rainfall more accurately in the midst of climate change and capture the underlying dynamics such as seasonality and the trend, attributed to rainfall. This study employed Exponetial Smoothing (ETS) State Space and Seasonal Autoregressive Integrated Moving Average (SARIMA) models and compared their forecasting ability using root mean square error (RMSE). Both models were used to capture the sporadic behaviour of rainfall. These two models have been widely applied to climatic data by many scholars and adjudged to perform creditably well. In an attempt to find a suitable prediction model for monthly rainfall patterns in Limpopo Province, data ranging from January 1900 to December 2015, for seven weather stations: Macuville Agriculture, Mara Agriculture, Marnits, Groendraal, Letaba, Pietersburg Hospital and Nebo, were analysed. The results showed that the two models were adequate in predicting rainfall patterns for the different stations in the Limpopo Province. / National Research Foundation (NRF)

Ces travaux de recherche se sont focalisés sur la zone Océan Indien austral et ont permis d'améliorer les connaissances scientifiques sur la provenance des masses d'air polluées, sur leur distribution spatiale, sur la contribution relative des zones sources à la charge en polluant mesurée, et sur les propriétés optiques des aérosols détectés. La prépondérance de l'influence du transport des masses d'air polluées en provenance d'Afrique Australe et d'Amérique Latine à la concentration en polluant dans le sud-ouest de l'océan Indien a ainsi été démontrée en utilisant des mesures par spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier et des modèles de dispersion de panache couplés à des bases de données d'émission. Une voie de transport privilégiée reliant l'Asie du sud-est au sud-ouest de l'océan Indien dans la haute troposphère en Juillet-Août, ainsi que l'apport en CO résultant, ont été identifiés pour la première fois. La variation saisonnière de la concentration en ozone troposphérique dans le sud de l'océan Indien a également été mise en évidence, ainsi que son lien avec les émissions de précurseurs d'ozone provenant des feux de biomasse se produisant en Afrique Australe et en Amérique Latine. L'analyse des données photométriques AERONET a permis d'établir une climatologie des caractéristiques optiques des aérosols à la verticale de la Réunion, qui apparaît comme étant un site relativement propre dont la troposphère est principalement affectée par les aérosols marins tout au long de l'année, et également par les aérosols de feu pendant la saison des feux australe. De plus, des campagnes de mesure avec lidar et photomètre embarqués à bord d'un navire sillonnant l'océan Indien austral a donné accès à l'évaluation de l'extension verticale et des propriétés optiques d'un panache d'aérosols de feux provenant principalement d'Amérique Latine et d'Afrique Australe, mais aussi d'Asie du sud-est. / This thesis focused on the southern Indian Ocean area and contributed to improve our scientific knowledge on the origin of polluted air masses, on their spatial distribution, on the relative contribution of the identified source regions to the measured pollutant loading, and on the optical properties of the encountered aerosols. The potential primary sources for CO throughout the south-western Indian Ocean troposphere are southern Africa and South America. A secondary potential contribution from Southeast Asia and Indonesia-Malaysia was identified in the upper troposphere, especially in July and August. The seasonal variation of tropospheric ozone concentration in the southern Indian Ocean is highlighted, and its link to wintertime long range transport of tropospheric ozone precursors emitted in biomass burning plumes from southern America and Africa is evidenced. The analysis of sun photometer measurements gave access to a climatology of the optical properties of aerosols in Reunion Island, showing this site can be considered as a clean site, mostly influenced by marine aerosols throughout the year, and also by biomass burning aerosols during the southern hemisphere biomass burning season. A unique data set of shipborne measurements has been collected with a dual Rayleigh-Mie lidar and a handheld sun photometer aboard a research vessel crossing the southern Indian Ocean, and the time evolution of the encountered marine and biomass burning aerosols extinction properties and vertical extension are documented.

Cette étude est consacrée à la modélisation spatio-temporelle de la pollution atmosphérique urbaine en utilisant un ensemble de méthodes statistiques exploitant les mesures de concentrations de polluants (NO2, O3) fournies par un réseau de surveillance de la qualité de l'air (AIRPARIF). Le principal objectif visé est l'amélioration de la cartographie des champs de concentration de polluants (le domaine d'intérêt étant la région d'Île-de-France) en utilisant, d'une part, des méthodes d'interpolation basées sur la structure spatiale ou spatio-temporelle des observations (krigeage spatial ou spatio-temporel), et d'autre part, des algorithmes, prenant en compte les mesures, pour corriger les sorties d'un modèle déterministe (Filtre de Kalman d'Ensemble). Les résultats obtenus montrent que dans le cas du dioxyde d'azote la cartographie basée uniquement sur l'interpolation spatiale (le krigeage) conduit à des résultats satisfaisants, car la répartition spatiale des stations est bonne. En revanche, pour l'ozone, c'est l'assimilation séquentielle de données appliquée au modèle (CHIMERE) qui permet une meilleure reconstitution de la forme et de la position du panache pendant les épisodes de forte pollution analysés. En complément de la cartographie, un autre but de ce travail est d'effectuer localement la prévision des niveaux d'ozone sur un horizon de 24 heures. L'approche choisie est celle mettant en œuvre des méthodes de type réseaux neuronaux. Les résultats obtenus en appliquant deux types d'architectures neuronales indiquent une précision correcte surtout pour les 8 premières heures de l'horizon de prédiction / This study is devoted to the spatio-temporal modelling of air pollution at a regional scale using a set of statistical methods in order to treat the measurements of pollutant concentrations (NO2, O3) provided by an air quality monitoring network (AIRPARIF). The main objective is the improvement of the pollutant _elds mapping using either interpolation methods based on the spatial or spatio-temporal structure of the data (spatial or spatiotemporal kriging) or some algorithms taking into account the observations, in order to correct the concentrations simulated by a deterministic model (Ensemble Kalman Filter). The results show that nitrogen dioxide mapping based only on spatial interpolation (kriging) gives the best results, while the spatial repartition of the monitoring sites is good. For the ozone mapping it is the sequential data assimilation that leads us to a better reconstruction of the plume's form and position for the analyzed cases. Complementary to the pollutant mapping, another objective was to perform a local prediction of ozone concentrations on a 24-hour horizon; this task was performed using Artificial Neural Networks. The performance indices obtained using two types of neural architectures indicate a fair accuracy especially for the first 8 hours of prediction horizon

L’ozone est un des polluants présents dans l’air que nous respirons. Les pics de ce polluant entrainent une augmentation des hospitalisations et des cas d’exacerbations d’asthme allergique. L’objectif de ce travail est d’étudier plus en détails les mécanismes inflammatoires mis en place après exposition à l’ozone. Cette étude s’est déroulée en trois axes, les deux premiers traitant du rôle de deux alarmines, l’IL-33 et l’IL-1α et le troisième se focalisant sur AhR, un récepteur impliqué dans la réponse à de nombreux polluants. Pour ce faire, des souris ont été exposées à l’ozone selon deux modèles, l’un aigu et l’autre chronique, puis les paramètres inflammatoires, le dommage tissulaire et les difficultés respiratoires ont été évalués. Nous montrons ici qu’une exposition aigüe à l’ozone induit la libération de molécules comme l’IL-33 et l’IL-1α. L’IL-33 agit au niveau de la barrière épithéliale, où elle permet l’expression et le maintien des jonctions serrées, qui sont augmentées en réponse à la pollution à l’ozone. L’IL-33 régule également l’infiltration des neutrophiles, alors que l’IL-1α l’induit. Ensuite nous avons montré que le récepteur AhR est activé après exposition chronique à l’ozone. AhR semble réguler la production de cytokines telles que l’IL-17A et l’IL-22 et ainsi protège d’une trop forte réponse inflammatoire. Pour conclure, nous avons montré que la production d’IL-33 et l’activation du récepteur AhR étaient nécessaires pour contrôler l’inflammation induite par l’ozone, alors que la production d’IL-1α l’induisait. Cette étude aura permis de mettre en évidence de potentielles cibles thérapeutiques pour soulager les maux provoqués par la pollution. / Ozone is a common ambient air polluant. Ozone peaks induce increase of asthma exacerbation, respiratory distress, emergencies and hospital admissions. The aim of this thesis project is to dissect inflammatory mechanisms induced after ozone exposure. This study is conducted according three axes, the first two dealing with the roles of two alarmines, IL-1α and IL-33 and the third is focused on the role of aryl hydrocarbon receptor (AhR), a receptor involved in several pollutant responses. Acute and chronic experimental models of ozone exposure were used to evaluate inflammatory parameters in lung, tissue damage and airway hyperresponsiveness. Here we show that acute ozone exposure induces IL-1α and IL-33 release. IL-33 acts on lung epithelial barrier, allowing the expression and maintenance of tight junctions induced after ozone exposure. Moreover, IL-33 represses neutrophils infiltration while IL-1α induces it. Furthermore we show that AhR is activated after chronic ozone exposure. AhR regulates cytokines production such as IL-17A and IL-22 and plays a protective role against higher inflammation. Overall, IL-33 production and AhR activation are necessary to control ozone-induced inflammation, in contrast to IL-1α. These findings highlight potential therapeutic targets for the treatment of lung inflammation following ozone exposure.