L'ozone (O3) troposphérique représente un enjeu environnemental majeur en raison de ses effets préjudiciables sur la santé humaine, la végétation et le climat. La formation photochimique de l'O3 suit une chimie non linéaire complexe, qui rend la mise en œuvre de mesures de réduction difficile. Les pouvoirs publics s’appuient sur la modélisation afin d’élaborer des stratégies de réduction des précurseurs d’O3, mais il existe encore des incertitudes importantes associées aux mécanismes chimiques utilisés dans les modèles. Une mesure directe de la vitesse de production de l'ozone, P(O3), permettrait de valider les mécanismes chimiques et de fournir des données en temps réel pour la réglementation. L'objectif principal de cette thèse a été (i) de développer nos connaissances sur la mesure de P(O3) et (ii) d’étudier la chimie de l'ozone en air ambiant. Dans ce contexte, un instrument a été développé pour la mesure de P(O3), caractérisé en laboratoire et déployé sur le terrain. Le principe de l'instrument est basé sur une mesure différentielle de Ox (O3+NO2) entre deux réacteurs d'échantillonnage, le premier opérant comme un réacteur "de référence", sans production d'ozone, et le second reproduisant la chimie de formation d’ozone de l’air ambiant. La caractérisation de l'instrument a impliqué des expériences de laboratoire et de modélisation afin d’évaluer la justesse des mesures. L’instrument a également été déployé lors de la campagne IRRONIC afin d’étudier la sensibilité de P(O3) avec NO. La comparaison des mesures de terrain avec des valeurs modélisées a permis d'évaluer les performances et les limites de cet instrument et d'évaluer la faisabilité de la mesure de P(O3). / Ground level ozone (O3) is a major environmental concern due to its detrimental impacts on human health, vegetation and climate. The photochemical formation of ozone follows a complex nonlinear chemistry that makes strategies for ozone reduction difficult to implement. Governments rely on atmospheric chemistry models to develop emission regulations, but there are still uncertainties associated with the chemical mechanisms used in these models. Direct measurements of ozone production rates, P(O3), is a new technique that can help validating current atmospheric chemical mechanisms and provide real-time data for emission regulations of ozone precursors. The main objective of this thesis was (i) to advance the understanding of P(O3) measurements and (ii) to investigate the ozone production chemistry in ambient air. In this context, an instrument capable of P(O3) measurements was developed, characterized in the laboratory and deployed in the field. The principle of the instrument is based on differential Ox (=O3+NO2) measurements between two sampling reactors, one acting as a “reference” reactor with no O3 production, and the other one reproducing the same O3 production chemistry than in ambient air. The characterization of this instrument was performed through laboratory and modelling experiments to assess the accuracy of P(O3) measurements. Finally, the instrument was deployed during the IRRONIC campaign to investigate the P(O3) sensitivity to NO in a forested area. Comparison between measured and modeled P(O3) values allowed to assess the performances and limitations of this new instrument and evaluate the feasibility of direct P(O3) measurements.

La réduction à la source des émissions d'oxyde d'azote est un objectif important pour les constructeurs de moteurs d'automobiles. Dans ces moteurs la principale voie de formation de NO (mécanisme de Zeldovich) est gouvernée par la réaction initiatrice N2+O->NO+N dont le taux croît fortement avec la température. La formation de NO est donc générée par la présence conjointe d'oxygène atomique et d'une température élevée dont le diagnostic requiert des images instantanées. Deux techniques optiques capables d'être appliquées dans un moteur ont été étudiées au laboratoire.<br />Une thermométrie basée sur la fluorescence de deux raies atomiques successivement excitées a été développée en mode d'imagerie. L'étude a été menée sur des flammes laminaires méthane-air ensemencées en indium. Après étalonnage dans une flamme de référence, les températures obtenues dans une flamme de diffusion sont en accord satisfaisant avec celles d'un thermocouple et elles sont encore accessibles dans les zones polluées par les suies.<br />La lumière verte émise quand une flamme est ensemencée avec un sel de bore vient de la relaxation radiative du dioxyde de bore qui est chimiquement créé sur son état excité par la réaction BO+O->BO2*. Comme le taux de cette réaction croît lui aussi fortement avec la température, la chimiluminescence de BO2* réalise une simulation expérimentale in situ de la vitesse de formation de NO. Les études spectroscopiques montrent un bon accord avec les prévisions du code ChemKin sauf dans les flammes riches. Dans les flammes de diffusion les images de chimiluminescence et les modèles montrent que le seuil de production du NO thermique se situe vers 1800K.