Les particules de suies issues de moteur Diesel constituent un enjeu de santé publique et sont soumises à des réglementations de plus en plus strictes. Les constructeurs automobiles ont donc besoin de modèles capables de prédire l’évolution en nombre et en taille de ces particules de suies. Dans ce cadre, un modèle de suies basé sur une représentation sectionnelle de la phase solide est proposé dans cette thèse. Le choix de ce type d’approche est d’abord justifié par l’étude de l’état de l’art de la modélisation des suies. Le modèle de suies proposé est ensuite décrit. A chaque instant et en chaque point du maillage, les particules de suies sont réparties en sections selon leur taille et l’évolution de chaque section est gouvernée par : • une équation de transport;• des termes sources modélisant l’interaction avec la phase gazeuse (nucléation, condensation, croissance de surface et oxydation des suies);• des termes sources collisionnels permettant de représenter les interactions entre suies (condensation et coagulation). Ce modèle de suies nécessite donc la connaissance des concentrations locales et instantanées des précurseurs de suies et des espèces consommées par les schémas de réactions de surface des suies. Les schémas fournissant ces informations pour des conditions thermodynamiques rencontrées dans des moteurs Diesel comportant des centaines d’espèces et des milliers de réactions, ils ne peuvent être utilisés directement dans des calculs de CFD. Pour pallier cela, l’approche de tabulation de la chimie VPTHC (Variable Pressure Tabulated Homogeneous Chemistry) a été proposée. Cette approche est basée sur l’approche ADF (Approximated Diffusion Flame) qui a été simplifiée pour permettre son emploi couplé au modèle de suies sectionnel. Dans un premier temps, la capacité du modèle tabulé à reproduire la cinétique chimique a été validée par comparaison des résultats obtenus avec ceux de réacteurs homogènes avec loi de piston équivalents. Finalement, le modèle VPTHC, couplé au modèle de suies sectionnel, a été validé sur une base d’essais moteur dédiée avec des mesures de distribution en taille de suies à l’échappement. Cette base comporte des variations de durée d’injection, de pression d’injection et de taux d’EGR à la fois pour un carburant Diesel commercial et pour le carburant modèle utilisé dans les calculs. Les prédictions des débits horaires de suies et des distributions à l’échappement obtenues sont en bon accord avec les mesures.Ensuite, les résultats du modèle ont été comparés avec les mesures plus académiques et détaillées du Spray A de l’Engine Combustion Network, un spray à haute pression et température. Cette seconde validation expérimentale a permis l’étude du comportement du modèle dans des régimes transitoires. / Soot particles emitted by Diesel engines cause major public health issues. Car manufacturers need models able to predict soot number and size distribution to face the more and more stringent norms.In this context, a soot model based on a sectional description of the solid phase is proposed in this work. First, the type of approach is discussed on the base of state of the art of the current soot models. Then, the proposed model is described. At every location and time-step of the simulation, soot particles are split into sections depending on their size. Each section evolution is governed by: • a transport equation;• source terms representing its interaction with the gaseous phase (particle inception, condensation surface growth and oxidation);• source terms representing its interaction with other sections (condensation and coagulation).This soot model requires the knowledge of local and instantaneous concentrations of minor species involved in soot formation and evolution. The kinetic schemes including these species are composed of hundreds of species and thousands of reactions. It is not possible to use them in 3D-CFD simulations. Therefore, the tabulated approach VPTHC (Variable Pressure Tabulated Homogeneous Chemistry) has been proposed. This approach is based on the ADF approach (Approximated Diffusion Flame) which has been simplified in order to be coupled with the sectional soot model. First, this tabulated combustion model ability to reproduce detailed kinetic scheme prediction has been validated on variable pressure and mixture fraction homogeneous reactors designed for this purpose. Then, the models predictions have been compared to experimental measurement of soot yields and particle size distributions of Diesel engines. The validation database includes variations of injection duration, injection pressure and EGR rate performed with a commercial Diesel fuel as well as the surrogate used in simulations. The model predictions agree with the experiments for most cases. Finally, the model predictions have been compared on a more detailed and academical case with the Engine Combustion Network Spray A, a high pressure Diesel spray. This final experimental validation provides data to evaluate the model predictions in transient conditions.

Les atmosphères intérieures se révèlent très riches en composés organiques volatils (COV). Ces substances forment un « cocktail à risque » dont la composition et les effets sur la santé restent encore méconnu. Cette complexité rend difficile l’identification et la quantification des sources intérieures sur la qualité de l’air. Cette thèse a pour but d’établir des relations qualitatives et quantitatives entre les sources intérieures de COV et les teneurs observées dans des logements français. Le premier axe de travail porte sur le développement de la mesure passive pour déterminer les taux d’émission en formaldéhyde (FA) et en acétaldéhyde des matériaux. Ce préleveur a été validé en laboratoire, puis utilisé in-situ, dans une campagne de mesures réalisée dans des chambres étudiantes. Ce diagnostic sur site montre que le mobilier et les matériaux du bâti de la pièce contribuent à part égale à la concentration intérieure en FA. L’augmentation des émissions est clairement influencée par l’élévation de la température. Un modèle d’équilibre des masses basé sur les taux d’émission mesurés a conduit à une prédiction satisfaisante des concentrations en FA dans les 24 lieux échantillonnés. Le second axe porte sur l’analyse des profils chimiques de 60 logements. A partir d’un « screening » des COV ; des classes homogènes de profils chimiques associés aux logements ont pu être établies. Des hypothèses sur les sources potentielles de ces composés ont été formulées et examinées sur la base des données de la littérature, des questionnaires descriptifs des logements et des émissions de matériaux et produits présents en environnement intérieur. / Indoor atmospheres appear very rich in volatile organic compounds (VOC). These substances form a “dangerous mix” whose composition and effects on health remain still unknown. This complexity makes difficult the identification and the quantification of indoor sources on the indoor air quality. The purpose of this thesis is to establish qualitative and quantitative relationship between VOC indoor sources and the concentrations observed in French dwellings. The first axis of this work deals with the development of passive measurement to determine the formaldehyde (FA) and acetaldehyde emission rates of materials. This sampler was validated in laboratory, then used in-situ, in a batch of measurements carried out in student rooms. This diagnosis on site shows that the furniture and the building materials contribute equally to the indoor concentration in FA. The increase of the emissions is clearly influenced by the rise in the temperature. A balance mass model based on the measured emission rates led to a satisfying prediction of the FA concentrations in the 24 sampled rooms. The second axis deals with the analysis of the chemical profiles of 60 residences. From a “screening” of the VOC; homogeneous classes of chemical profiles associated with the dwellings could be established. Assumptions on the potential sources of these compounds were formulated and examined on the basis of the bibliography, the descriptive questionnaires of the dwellings and the emissions of materials and products present in indoor environment.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / L'omniprésence des polluants organiques persistants (POPs) dans l'environnement est due à leurs capacités à résister à la biodégradation et à se déplacer sur de grandes distances. Les POPs, dont plusieurs sont reconnus comme des perturbateurs endocriniens, sont prédominants dans l'Arctique canadien et les communautés qui y vivent présentent une plus faible espérance de vie et plus d'issues défavorables à la grossesse. Bien que de nombreux facteurs contribuent à ces observations sur la natalité et l'espérance de vie, l'exposition à ces contaminants peut jouer un rôle. La première hypothèse de cette thèse est donc qu'une exposition prénatale du père à des POPs provoque chez sa descendance des conséquences fœtales et placentaires pouvant persister jusqu'à l'âge adulte, et ce, sur plusieurs générations d'une lignée paternelle. C'est à la recherche d'une solution nutritionnelle que l'acide folique s'est retrouvé au cœur de notre seconde hypothèse, qui soutient qu'en raison de son action de donneur de groupements méthyles, une supplémentation maternelle en acide folique, correspondant à ce que les femmes en période périconceptionnelle consomment, est en mesure de contrer les impacts délétères des POPs sur la santé de plusieurs générations. Ces hypothèses ont été explorées à l'aide de quatre générations de rats, où des femelles fondatrices (F0) ont été divisées en quatre groupes de traitement. Elles ont alors été exposées à de l'huile de maïs ou un mélange de POPs représentatif de l'environnement arctique et nourries avec une diète contenant un apport suffisant ou supplémenté en acide folique avant l'accouplement et jusqu'à la naissance des ratons F1. À chaque génération, les fœtus et les placentas ont été évalués juste avant terme. Le ratio du poids du fœtus sur le poids du placenta, correspondant à l'efficacité placentaire, a été diminué en F1 et F2 en raison des POPs, alors qu'il a augmenté en F3 et F4. De plus, les POPs ont entraîné une réduction de la longueur de certains os longs des fœtus en F1 et F2, mais l'a augmenté en F4. L'histomorphométrie placentaire révèle des changements dans le labyrinthe et la zone basale du placenta en F1 et F2 seulement, indiquant un potentiel mécanisme compensatoire. À l'âge adulte, les POPs ont augmenté le poids des reins et du cerveau en F1, et ce dernier était plus faible en F2. La supplémentation en acide folique n'a eu que peu ou pas d'effets bénéfiques pour contrecarrer les POPs. Cependant, son action seule a montré certaines anomalies fœtales, telles que des omphalocèles ou des hydrocéphalies, à des incidences supérieures à ce qui est attendu normalement. Ces résultats confirment que les POPs sont capables d'affecter la santé développementale de plusieurs générations d'une lignée de rats mâles et que l'acide folique n'est pas l'alternative nutritionnelle espérée pour contrer leurs actions. / The ubiquity of persistent organic pollutants (POPs) in the environment is due to their ability to resist biodegradation and move over long distances. POPs, many of which are known to be endocrine disruptors, are particularly prevalent in the Canadian Arctic, and communities living there present a lower life expectancies and more adverse pregnancy outcomes. Many factors can influence birth outcomes and longevity; however, exposure to POPs may be a contributing factor. The first hypothesis of this thesis is therefore that a prenatal exposure of the father to POPs causes fetal and placental consequences in his offspring, which can persist until adulthood, and this, over several generations of a paternal lineage. It was in search of a nutritional solution that folic acid found itself at the heart of our second hypothesis, which states that because of its action as a donor of methyl groups, maternal supplementation with folic acid is able to counter the deleterious impacts of POPs on the health of several generations. These hypotheses were explored using four generations of rats, where founder females (F0) were divided into four treatment groups. These females were then exposed to corn oil or a mixture of POPs representative of the Arctic environment and fed either with a diet containing a sufficient or supplemented folic acid intake, before mating and until the birth of the F1 litters. At each generation, the fetuses and placentas were evaluated just before term. The fetal weight to placental weight ratio, associated with placental efficiency, was reduced in F1 and F2 due to POPs, whereas it was increased in F3 and F4. In addition, POPs reduced the length of some fetal long bones in F1 and F2 but increased it in F4. Placental histomorphometry revealed changes in placental areas (labyrinth and basal zone) in F1 and F2 only, indicating a potential compensatory mechanism. In adulthood, POPs increased kidney and brain weight in F1, and the latter was lower in F2. Folic acid supplementation had little or no beneficial effects in counteracting POPs consequences. However, supplementation with folic acid alone was associated with certain fetal abnormalities, such as omphaloceles or hydrocephalus, at incidences that were higher than normally expected. These results confirm that POPs are capable of affecting the developmental health of several generations of a male lineage in rats and that folic acid is not the hoped-for nutritional alternative to counter their actions.

Les Polluants Organiques Persistants (POPs) sont des contaminants environnementaux composés des produits chimiques, mobiles, persistants, bioaccumulables, et toxiques. Les avancées dans la recherche au cours de ces dernières décennies ont montré que ces polluants présentent un grand risque de potentiel de toxicité, notamment chez les ours polaires où ils sont responsables d’une faible densité osseuse minérale du bacculum, chez les poissons des malformations de la colonne vertébrale, et un amincissement de la coquille d’oeuf chez les oiseaux. Le rapport entre les os et la coquille de l’oeuf est qu’ils ont le calcium comme composé principal, et sa concentration dans l’organisme est régulée par deux hormones endocriniennes telles que la parathormone et la calcitonine pouvant subir des perturbations endocriniennes. La densité minérale (calcium) de l’os ou la quantité du calcium dans l’oeuf détermine leurs résistances. En vue de comprendre, l’impact des POPs sur développement foetal du système squelettique chez les mammifères, cette étude a été conduite en émettant l’hypothèse qu’une exposition in utero à une mixture de POPs mimant les contaminants retrouvés dans la chaîne alimentaire en Arctique, induirait des malformations osseuses chez les foetus de rat, lesquelles seraient transmises aux générations suivantes via les pères. Une supplémentation en acide folique (AF) a également été investiguée pour contrecarrer les effets potentiels des POPs, car l’AF était supplémentée chez les femmes enceinte pour remédier à la malformation du tube neural. À cet effet, quatre groupes de rates Sprague-Dawley (F0) ont été gavées avec un mélange de POPs ou d’huile de maïs (contrôle). Elles ont été soumises à un régime alimentaire contenant soit une dose physiologique d’AF ou une dose supplémentée en AF. Les femelles ont été accouplées à des mâles non traités pour créer la génération F1. Les mâles F1 ont à leur tour été accouplés avec des femelles non traitées pour produire la génération F2 et ainsi de suite jusqu’à la génération F4. À chaque génération, les femelles ont été sacrifiées à 19,5 jours de gestation. Les foetus ont été prélevés et leurs squelettes ont été colorés pour observer le degré d’ossification et la longueur des os longs. Les résultats ont montré que dans les générations F1 et F2, ces POPs ont provoqué des retards d’ossification et une diminution de la longueur des os longs (p ≤ 0,05). Cet effet était absent dans la génération F3, mais la longueur des os était augmentée en F4 dans les lignées exposées à des POPs (p ≤ 0,05). Cependant, la supplémentation en AF utilisée n’a pas pallié les effets suivant une exposition à des POPs. Toutefois, l’impact de l’AF pour contrecarrer l’effet potentiel de ces polluants chez le foetus devrait être investigué davantage puisqu’elle n’a pas porté ses fruits chez le modèle de rat. En conclusion, une exposition des mâles in utero aux POPs a impacté l’ossification de la F1 jusqu’à la F4. / Persistent Organic Pollutants (POPs) are environmental contaminants composed of chemicals that are mobile, persistent, bioaccumulative, and toxic. Advances in research in recent decades have shown that these pollutants present a high risk of toxic potential, particularly in polar bears where they are responsible for low bacculum mineral bone density, in fish for spinal deformities, and eggshell thinning in birds. The relationship between bones and eggshells is that they have calcium as the main compound, and its concentration in the body is regulated by two endocrine hormones such as parathormone and calcitonin which can undergo endocrine disruption. The mineral density (calcium) of the bone or the amount of calcium in the egg determines their resistance. In order to understand the impact of POPs on fetal development of the skeletal system in mammals,this study was conducted under the hypothesis that in utero exposure to a mixture of POPs mimicking contaminants found in the Arctic food chain would induce bone malformations in rat fetuses, which would be transmitted to subsequent generations via the fathers. Folic acid (FA) supplementation has also been investigated to counteract the potential effects of POPs, as FA was supplemented in pregnant women to correct neural tube defects. For this purpose, four groups of Sprague-Dawley (F0) rats were gavaged with a mixture of POPs or corn oil (control). They were fed a diet containing either a physiological dose of AF or a dose supplemented with AF. Females were mated to untreated males to create the F1 generation. The F1 males were in turn mated with untreated females to produce the F2 generation and so on until the F4 generation. In each generation, females were sacrificed at 19.5 days gestation. Fetuses were collected and their skeletons were stained to observe the degree of ossification and the length of long bones. Results showed that in the F1 and F2 generations, these POPs caused delayed ossification and a decrease in long bone length (p ≤ 0.05). This effect was absent in generation F3, but bone length was increased in F4 in lines exposed to POPs (p ≤ 0.05). However, the AF supplementation used did not alleviate the effects following exposure to POPs. However, the impact of FA to counteract the potential effect of these pollutants in the fetus should be further investigated since it was not successful in the rat model. In conclusion, exposure of males in utero to POPs impacted ossification from F1 to F4.

Les biocarburants présentent une alternative prometteuse à l'utilisation de carburants fossiles. Cependant, l'augmentation de la quantité de biocarburants introduite dans les carburants nécessite de connaître leur impact sur les émissions de polluants. Le travail réalisé lors de cette thèse peut être décrit en deux parties : La première traite de l'évaluation des émissions de polluants réglementés et non réglementés émis par la combustion de biocarburants dans un moteur diesel. Différents biocarburants ont été testés : des esters méthyliques d'huile de soja et de colza, des esters éthyliques d'huile usagée et un carburant de référence exempt de tout biocarburant. Les résultats montrent que la nature des biocarburants ainsi que leur teneur ont un impact sur les polluants émis. Par exemple, une diminution de la taille des particules émises a été observée avec l'utilisation des esters méthyliques d'huile de soja. Le deuxième objectif de cette thèse concerne le piégeage des polluants Diesel, notamment des composés organiques volatils par des zéolithes. Plusieurs zéolithes ont été synthétisées puis caractérisées. Des tests d'adsorption par thermogravimétrie ont ensuite été réalisés au laboratoire avec différentes molécules sondes représentatives des polluants émis par les moteurs Diesel (le n-hexane, le p-xylène et l'acétone). Certaines zéolithes comme les zéolithes faujasite présentent des capacités d'adsorption intéressantes. Toutefois, la plupart des résultats montrent une diminution de la capacité d'adsorption avec l'augmentation de la température. Ces zéolithes ont ensuite été placées en sortie d'échappement d'un moteur diesel afin d'étudier leur capacité d'adsorption.

Les mélanges GtL/EMHC/éthanol ont un potentiel important comme carburant alternatif pour moteur Diesel.Néanmoins, l’utilisation de ce type de biocarburant en moteur Diesel nécessite une connaissance précise de la cinétiqued’oxydation de ses différents constituants.Une étude bibliographique approfondie a permis de sélectionner quatre espèces modèles représentatives des mélangesGtL/EMHC/éthanol : le n-décane, l’iso-octane, l’octanoate de méthyle et l’éthanol. L’oxydation de mélanges de cesespèces modèles a ensuite été étudiée en réacteur auto-agité à haute pression (10 atm), pour trois richesses (0,5 ; 1 et 2) etsur un large domaine de température (550-1150 K). L’analyse des échantillons par chromatographie en phase gazeuse apermis de quantifier les principaux produits issus de l’oxydation des mélanges étudiés. Un mécanisme cinétique détaillécapable de reproduire l’oxydation des mélanges n-décane/iso-octane/octanoate de méthyle/éthanol a ensuite été mis aupoint. Les prédictions du modèle reproduisent de manière satisfaisante les résultats expérimentaux sur toute la gamme derichesse et de température testée en réacteur auto-agité. L’analyse du modèle a également permis de déterminer les voiesréactionnelles prépondérantes en fonction de la composition des mélanges.Enfin, la combustion de mélanges GtL/EMAG/éthanol a été étudiée en moteur monocylindre Diesel. Cette phased’essais, incluant une analyse approfondie des émissions non réglementées, a permis d’observer l’influence de laformulation des carburants sur l’initiation de la combustion et sur la composition des gaz d’échappements. / As concern about global warming and dependences on fossil fuel grows, there is an increasing interest to shift fromtraditional fuel to renewable energy sources. Blends of Fischer-Tropsch (F-T) fuels, biodiesel and ethanol seem to be apromising fuel for compression ignition (CI) engine application. The aim of this work is to study and model the impact ofthese fuels on combustion and pollutant emissions.In the present study, mixtures of 4 species are proposed to represent the oxidation of F-T/biodiesel/ethanol blends: ndecane,iso-octane, methyl octanoate and ethanol. The kinetic of oxidation of n-decane/iso-octane/methyloctanoate/ethanol blends was studied experimentally in a jet stirred reactor at 10 atm and a constant residence time of 1 s,over the temperature range of 560-1160 K and for three equivalence ratio (0.5, 1 and 2). A kinetic reaction mechanismwas developed and used to simulate the oxidation of n-decane/iso-octane/methyl octanoate/ethanol mixtures. Theproposed kinetic reaction mechanism yields a good representation of the kinetic of oxidation of the tested biofuel blends.The kinetic analyses allowed identifying the most influencing reactions for the oxidation rate of the fuels.Finally, four F-T/biodiesel/ethanol blends have been tested on a single cylinder, direct injection, four-stroke Dieselengine. This study, including an analysis of unregulated emissions allowed observing the influence of fuel formulationon combustion and on pollutant emissions. These main engine results tendencies have been compared to the results of thekinetic model.

Les composés organiques semi-volatils (COSV) font l’objet d’une attention croissante depuis une dizaine d’années. Utilisés dans de nombreux produits et matériaux du quotidien, ils sont émis dans les bâtiments par dispersion lors de l’usage, par évaporation ou abrasion. Du fait de leurs caractéristiques physico-chimiques, ces composés se répartissent à la fois dans l’air, en phases gazeuse et particulaire, et dans les poussières déposées au sol, sur le mobilier et les objets. Compte tenu du temps passé par la population dans les bâtiments, en particulier par les populations sensibles comme les enfants, les femmes enceintes et les personnes âgées, l’exposition à ces substances mérite d’être documentée, tenant compte des voies d’exposition en jeu : inhalation, ingestion et contact cutané. La thèse a porté sur les COSV présents en phase particulaire dans les logements. L’objectif de la thèse visait à exploiter les mesures de 66 COSV dans les particules en suspension de diamètre inférieur à 10 µm (PM10) et de 48 COSV dans les poussières au sol de taille inférieure à 100 µm considérées comme étant celles adhérant à la peau. Ces mesures ont été réalisées dans le cadre de deux campagnes nationales : la campagne « Logements » de l’Observatoire de la qualité de l’air intérieur conduite en 2003-2005 et l’enquête Plomb-Habitat dont les prélèvements ont eu lieu en 2008-2009. Une hiérarchisation des molécules jugées prioritaires au regard de leur impact sanitaire potentiel avait permis au préalable d’établir la liste des COSV à mesurer. L’exploitation de ces données de contamination a notamment porté sur l’identification d’éventuelles spécificités françaises au regard des molécules en présence et/ou des concentrations mesurées. Elle a permis de mettre en lumière un ensemble de facteurs déterminants de l’exposition (influence de la taille des particules, du type de poussières collectées, de leur bioaccessibilité), qui ne sont pas toujours considérés et qui limitent par ailleurs la comparabilité des résultats. Les concentrations mesurées ont aussi permis d’évaluer rétrospectivement la hiérarchisation sanitaire et d’en confirmer la pertinence. Les concentrations des COSV quantifiés à la fois dans l’air et au sol ont été mises en perspective afin d’examiner dans quelle mesure les particules en suspension et les poussières déposées sont similaires en termes de concentrations et de mélanges de COSV en présence. Enfin, l‘estimation des doses d’exposition aux COSV à partir d’équations simples, de variables humaines d’exposition et des données de contamination a permis une première évaluation des contributions respectives de l’inhalation et de l’ingestion aux expositions domestiques des enfants et adultes à ces composés en phase particulaire. / Semi-volatile organic compounds (SVOCs) refer to a broad spectrum of molecules from different chemical families that have numerous properties. They can be used as pesticides, plasticizers, flame retardants, surfactants, lubricants, etc. Consequently, they are introduced in numerous applications in buildings or used daily by the entire population. Once emitted through evaporation or abrasion in the indoor environment or introduced from the outdoors, their chemical or biological degradation is limited, and they persist indoors. This persistence also explains why some SVOCs that were banned a few years ago are still detected in the air and dust inside buildings. In indoor environments, SVOCs are divided between the gas phase, airborne particles, and dust settled on floors and surfaces. SVOCs are of concern due to their established or suspected health effects and their widespread exposure through different environmental media and pathways. The objective of the thesis was to study the concentrations of 66 SVOCs on airborne particles (PM10) and 48 SVOCs in settled dust in two samples of dwellings randomly selected across France. PM10 were sampled during the nationwide housing survey carried out by the French Observatory of indoor air quality in 2003-2005. The dust samples were collected from vacuum cleaner bags during a nationwide survey carried out in French dwellings where at least one child aged 6 months to 6 years lived (2008-2009). The SVOCs to be analyzed had prior been selected using a ranking method based on their toxicity and indoor concentrations. The data analysis focused in particular on the identification of French specificities in terms of detected molecules and measured concentrations. It highlighted some determinants of exposure, e.g., influence of particle size, type of dust collected, dust bioaccessibility, which are not always considered and limit the comparability of results. The measured concentrations were also used to assess the health ranking implemented prior to this work and to confirm its relevance. The concentrations measured both in the air and in settled dust were compared to study the similarities in terms of concentrations and SVOC mixtures. Finally, the exposure doses to SVOCs were calculated for both a child and an adult to assess the respective contributions of inhalation and ingestion to these compounds in particulate phase in dwellings.

Le milieu nuageux est un milieu complexe au sein duquel un grand nombre d’espèces chimiques peuvent être transformées. Dans ce cadre, la caractérisation chimique et la réactivité photochimique de la phase aqueuse des nuages ont été étudiées. La caractérisation chimique de la phase aqueuse des nuages a permis de montrer que les masses d’air échantillonnées au sommet du puy de Dôme sont majoritairement sous trois influences distinctes, à savoir océanique, continentale et anthropique. La distribution des paramètres physicochimiques et des composés inorganiques est dépendante du type de masses d’air échantillonnées. De plus, la quantification des acides carboxyliques et des aldéhydes a permis de mettre en avant la complexité de la matière organique avec la présence d’une multitude de composés encore non identifiés. L’étude de la réactivité photochimique de la phase aqueuse des nuages a également été réalisée, montrant que la capacité photooxydante de la phase aqueuse des nuages ainsi que les vitesses de dégradation de différentes espèces chimiques sont plus importantes pour les masses d’air polluées. Pour la première fois, des vitesses de photoproduction des radicaux hydroxyles ont été évaluées dans la phase aqueuse des nuages, montrant que les ions nitrates et le peroxyde d’hydrogène sont des sources photochimiques majeures des radicaux hydroxyles (représentant jusqu’à 80 % de leur photoproduction totale). / Clouds represent complex media where many species can be transformed. In order to characterize the chemical composition of cloud water and to better understand the processes involved in the transformations of these species, the characterization and the photoreactivity of cloud water were studied. The characterization of cloud water showed that air masses sampled at the puy de Dôme station can be subject to different influences (marine, continental and anthropogenic). The distribution of the physicochemical parameters and of inorganic compounds was different for each kind of air masses. Moreover, the quantification of carboxylic acids and aldehydes showed the complexity of the organic matter contained in cloud water, with the presence of many unknown organic compounds. The photoreactivity of cloud water was also studied, showing that the oxidizing capacity of cloud water and the degradation rate of organic compounds were higher in polluted air masses. For the first time, hydroxyl radical formation rates were determined in cloud water sampled at the puy de Dôme station, showing that nitrate ions and hydrogen peroxide are among the main sources of hydroxyl radicals (contributing up to 80 % of their total photoformation).

La photodégradation de l'herbicide 2,4-D (acide 2,4-dichlorophénoxyacétique) et de son principal photoproduit (2,4-DCP) en présence de trois complexes Fe(III)-carboxylate (citrate, pyruvate, tartrate) a été étudiée. Les rendements quantiques de disparition du 2,4-D augmentent dans cet ordre : Fe(III)-TAr < Fe(III)-Cit < Fe(OH)2+ < Fe(III)-Pyr. Le même mécanisme de dégradation du 2,4-D est observé pour les trois complexes de fer et correspond à celui déjà décrit avec des processus généraux de radicaux hydroxyle. Le 2,4-D est dégradé sélectivement en 2,4-DCP, qui après formation de différents photoproduits peut être minéralisé complètement en H2O, Cl- et CO2. La formation de radicaux hydroxyles, obtenue sous irradiation des solutions de complexes Fe(III)-carboxylate a été confirmée par spectroscopie RPE. Ce travail montre que la présence de complexes Fe(III)-carboxylate peut avoir un impact considérable sur le devenir de polluants organiques présents dans les compartiments aquatiques naturels.

Les biocarburants présentent une alternative prometteuse à l’utilisation de carburants fossiles. Cependant, l’augmentation de la quantité de biocarburants introduite dans les carburants nécessite de connaître leur impact sur les émissions de polluants. Le travail réalisé lors de cette thèse peut être décrit en deux parties : La première traite de l’évaluation des émissions de polluants réglementés et non réglementés émis par la combustion de biocarburants dans un moteur diesel. Différents biocarburants ont été testés : des esters méthyliques d’huile de soja et de colza, des esters éthyliques d’huile usagée et un carburant de référence exempt de tout biocarburant. Les résultats montrent que la nature des biocarburants ainsi que leur teneur ont un impact sur les polluants émis. Par exemple, une diminution de la taille des particules émises a été observée avec l’utilisation des esters méthyliques d’huile de soja. Le deuxième objectif de cette thèse concerne le piégeage des polluants Diesel, notamment des composés organiques volatils par des zéolithes. Plusieurs zéolithes ont été synthétisées puis caractérisées. Des tests d’adsorption par thermogravimétrie ont ensuite été réalisés au laboratoire avec différentes molécules sondes représentatives des polluants émis par les moteurs Diesel (le n-hexane, le p-xylène et l’acétone). Certaines zéolithes comme les zéolithes faujasite présentent des capacités d’adsorption intéressantes. Toutefois, la plupart des résultats montrent une diminution de la capacité d’adsorption avec l’augmentation de la température. Ces zéolithes ont ensuite été placées en sortie d’échappement d’un moteur diesel afin d’étudier leur capacité d’adsorption. / Nowadays, biofuels are a promising alternative to the use of fossil fuels. However, increasing the amount of biofuels introduced in fuels requires to know their impact on emissions pollutants.The work done in this thesis can be described in two parts: The first one deals with the evaluation of emissions of regulated pollutants (NOx, CO, CO2, O2, THC) and unregulated pollutants (volatile organic compounds, carbonyl compounds and fine particles (between 30 nm and 10 microns)) emitted by the combustion of biofuels in a diesel engine. Different biofuels have been tested: methyl esters of soybean oil and rapeseed oil, ethyl esters of used oil and a reference fuel free of biofuel. The results show that the nature of biofuels and their content have an impact on the pollutants emitted. For example, a decrease in the size of the particles emitted was observed with the use of methyl esters of soybean oil. The second objective of this thesis was to trap pollutants, like volatile organic compounds (VOCs) with zeolites. Several hydrophilic and hydrophobic zeolites have been synthesized and characterized. Adsorption tests were then carried by thermogravimetry with different probe molecules representative of pollutants from diesel engines (n-hexane, p-xylene and acetone). Some zeolites such as faujasite zeolites have interesting adsorption capacities. However, most of the results show a decrease in the adsorption capacity with the increase of the temperature. Then, these zeolites have been placed in the exhaust outlet of a diesel engine in order to study their adsorption capacity.