La recherche sur le traitement des eaux usées industrielles prend de plus en plus d’importance à cause de la complexité des effluents que les industries rejettent. Parmi ces effluents, 5% (v/v) ont une salinité variant entre 3 et 350 g/L en chlorure de sodium (NaCl), la salinité étant la quantité de sels minéraux dissous dans l'eau. Les réglementations environnementales sont de plus en plus strictes de sorte que les procédés de traitement utilisés pourraient devenir inappropriés. Les effluents salins en particulier sont souvent incapables de satisfaire les réglementations de rejet des eaux usées, à cause de leur difficulté de traitement dûe au mélange complexe de matière organique et de sel. Le bon fonctionnement des procédés biologiques conventionnels est souvent négativement affecté par la présence de ce dernier. C’est donc vers les procédés physico-chimiques que les industries se sont tournées pour traiter les effluents salins. Mais ceux-ci étant très coûteux en termes d’opération et de maintenance, la recherche s’est concentrée sur la faisabilité du traitement d’effluents salins par procédés biologiques, plus économiques. Les nouvelles recherches sur des bactéries résistantes au sel (halophiles et halotolérantes) appliquées aux traitements biologiques, bien que peu nombreuses encore, sur la sélection bactérienne et la bioaugmentation ouvrent de nouvelles possibilités quant au traitement biologique de la matière organique présente dans les effluents salins. Cette étude a donc pour objectif principal de valider la biofiltration aérobie pour le traitement du méthanol à l’état liquide en milieu salin. Pour cela, on a réalisé le suivi de divers paramètres opératoires (concentration du méthanol à l’entrée du réacteur, charge organique, teneurs en sel). Le développement de cette technologie serait une innovation dans le traitement des effluents industriels, puisque l’application de la biofiltration au traitement de ce type d’effluent n’a jamais été étudiée. La biofiltration présente des avantages économiques comparativement aux technologies utilisées jusqu’à présent. Cette étude a permis d’obtenir une efficacité d’élimination du méthanol satisfaisante (de l’ordre de 54%) pour un effluent contenant des concentrations élevées en sel (30 g/L) sous forme de NaCl, et en méthanol 5 (g/L) pour un débit d’alimentation liquide de 5 L/j.

Les réacteurs rapides à gaz font partie des différents concepts étudiés pour la production d’énergie nucléaire. Les composites SiC/SiC sont des matériaux particulièrement intéressant pour le gainage du combustible, grâce entre autres à leur résistance à la corrosion à haute température.Les mécanismes et les cinétiques d’oxydation du carbure de silicium dans les conditions normales de fonctionnement doivent être identifiés et quantifiés, dans la mesure où la corrosion peut dégrader les propriétés mécaniques du composite. Un système expérimental a été développé pour étudier l’oxydation du SiC à hautes températures et faibles pressions partielles d’oxygène. Il apparaît que dans de telles conditions expérimentales, des mécanismes de réaction interfaciale et de volatilisation viennent s’ajouter à l’oxydation parabolique. Les cinétiques de chaque mécanisme sont déterminées en fonction de la température et de la pression partielle en O2, et sont ensuite utilisées dans un modèle numérique de l’oxydation des composites. Le modèle est utilisé pour prédire la durée de vie du composite dans les conditions normales de fonctionnement d’un réacteur. / Gas Fast Reactor (GFR) is one of the different Generation IV concepts under investigation for energy production. SiC/SiC composites are candidates of primary interest for a GFR fuel cladding use, thanks to good corrosion resistance among other properties. The mechanisms and kinetics of SiC oxidation under operating conditions have to be identified and quantified as the corrosion can decrease the mechanical properties of the composite. An experimental device has been developed to study the oxidation of silicon carbide under high temperature and low oxygen partial pressure. The results pointed out that not only parabolic oxidation, but also interfacial reactions and volatilization occur under such conditions. After determining the kinetics of each mechanism, as functions of oxygen partial pressure and temperature, the data are used for the modeling of the composites oxidation. The model will be used to predict the lifetime of the composite in operating conditions.

L’objectif a été de caractériser les émissions indirectes de composés organiques semi-volatils (PCB, HCB, PeCB, HAP, phtalates et PBDE) au droit de milieux potentiellement contaminés par leurs emplois (zones ferroviaires souterraines, axes de circulation) et de sites de traitement de déchets (station d’épuration, élimination, destruction de véhicules hors d’usage). Des réseaux de mesure comprenant des préleveurs d’air actifs « grand volume », des capteurs passifs et des bio-accumulateurs ont été utilisés pour acquérir des données au voisinage des sources potentielles. Les résultats révèlent une ubiquité de tous les composés recherchés dans l’air, où leurs présences en phase gazeuse est majoritaire. La contamination de l’air au niveau des sites d'étude montre une hiérarchisation commune (phtalates>HAP>HCB>PeCB>PCB>PBDE), où la contamination de l’air en période estivale est plus importante, confirmant l’importance relative des émissions diffuses par volatilisation passive. Les résultats obtenus à partir des capteurs passifs démontrent l’intérêt de cet outil complémentaire pour la réalisation d’études à grande échelle spatio-temporelle. L’interprétation de l’état du milieu (IEM) à partir des analyses d’air, de sols, de retombées atmosphériques et de bio-accumulateurs végétaux, indiquent cependant que la contamination au voisinage de zones industrielles demeure le plus souvent du niveau de celle du milieu urbain dense. Les résultats révèlent que les émissions diffuses de COSV non halogénés (phtalates et HAP) par volatilisation passive, constituent un enjeu environnemental et sanitaire qui pourrait dépasser celui des anciens POP (PCB, PBDE). / The objective was to characterize the indirect emissions of SVOCs (PCB, HCB, PeCB, PAHs, phthalates and PBDE) on potentially contaminated environments by their uses (underground railway zones, traffic roads) and waste treatment sites (wastewater treatment plants, elimination, vehicle destruction sites). Measuring networks including "large volume" active air samplers, passive samplers and environmental bio-accumulators have been used to acquire data in the vicinity of potential sources. The results reveal an ubiquity of all the measured compounds in the air, where their presence in the gas phase prevails. The air contamination of the study sites shows a common ranking (phthalates> PAHs> HCB> PeCB> PCBs> PBDEs), where air contamination in summer is more important, confirming the relative importance of diffuse emissions by passive volatilization The results from passive sensors demonstrate the value of this complementary tool for the realization of large spatio-temporal scale study. The interpretation of environmental state from air, soil, atmospheric deposition and plant bio-accumulators analyzes indicates that the contamination remains mostly equivalent to urban area.. The results reveal that diffuse emissions of non-halogenated SVOCs (phthalates and PAHs) by passive volatilization, represent an environmental and health challenge where that could exceed those of past POPs (PCBs, PBDE, ...).

Perfluoroalkyl acids (PFAAs) are man-made chemicals which have been observed in the global environment, even in locations far away from where they are emitted. These persistent substances are taken up in humans and biota and may have toxic effects. Knowledge about how PFAAs are dispersed in the environment is needed to discern strategies to manage their sources and to evaluate the efficacy of adopted legislation. This thesis aimed to increase our understanding of the sources of PFAAs to the atmosphere and how PFAAs are transported in air. The results of Paper I demonstrated that gaseous perfluorooctanoic acid (PFOA) sorbs to typical glass fibre filters (GFFs) used in high-volume air sampling of PFAAs. As a consequence, the fraction of gaseous PFOA present in sampled air is underestimated, while the fraction of PFOA associated with aerosols is overestimated. Replacing GFFs with filters deactivated through silanisation and siliconisation did not eliminate this sampling artefact and is therefore not recommended as a means to determine the gas-particle partitioning of PFAAs. In Paper II, monitoring of the mass of PFOA transferred from water solutions of pH 0.2-5.5 demonstrated that the acid dissociation constant of linear PFOA and the four most ubiquitous branched PFOA isomers is around or below 1. Furthermore, the results demonstrated that the presence of counter ions and organic matter in water retarded, rather than enhanced, the volatilisation of PFOA. Therefore, volatilisation of all isomers of PFOA from environmental waters is expected to be negligible. To further study the transfer of PFAAs from environmental waters to air, Paper III simulated the process of sea spray generation in the laboratory. Strong enrichment of PFAAs was observed from bulk water to the surface microlayer and to aerosols. The enrichment increased with PFAA chain length, indicating that this process is of greater importance for more surface active substances. The highest enrichment was observed in aerosols &lt; 1.6 µm, which can travel over long distances if not rained out. Based on the measured aerosol enrichment factors we estimated that approximately 70 metric tonnes of PFAAs are aerosolised from the global oceans yearly and that 3% of this mass is deposited in terrestrial environments. Paper IV reported the occurrence of branched PFOA isomers in deposition sampled in five geographical locations. The presence of these isomers demonstrated that atmospheric transformation of fluorotelomer alcohols is not the only ongoing source of PFAAs to air. We hypothesised that, additionally, both sea spray aerosols and direct emissions from manufacturing sources contributed to the contamination of the precipitation on different spatial scales. Although further research is required to determine the relative importance of different sources to the atmosphere locally and globally, this thesis has substantially advanced the state-of-the-science by i) demonstrating the significance of an air sampling artefact discussed as an uncertainty in the scientific literature over the past decade, ii) definitively ruling out volatilisation from environmental waters as a source of PFOA to air, iii) demonstrating transfer of PFAAs from seawater to air via sea spray aerosols and thus quantifying the environmental importance of this process, and iv) ultimately demonstrating that several types of sources of PFAAs impact the global atmosphere and thus PFAA contamination patterns in precipitation. / <p>At the time of the doctoral defense, the following papers were unpublished and had a status as follows: Paper 3: Manuscript. Paper 4: Manuscript.</p>

La présence de micropolluants à l'entrée des opérations d'épuration d'effluents industriels induit des problèmes au cours du traitement par des procédés biologiques, certaines molécules n'étant pas nécessairement disponibles à la biodégradation. Parmi les molécules présentes dans les rejets d'origine pétrochimique ou chimique, les substances prioritaires les moins volatiles sont aussi les plus hydrophobes (ex : Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques) et ont tendance à s'adsorber majoritairement sur les matières organiques et les boues. A l'inverse, les molécules moins hydrophobes mais très volatiles comme les Benzène, Toluène, Ethylbenzène et p-Xylène ont une forte propension à être transférées dans l'atmosphère lors des phases d'aération. Le bioréacteur hybride étudié ici, reposant sur l'addition de supports adsorbants dans des procédés à boues activées, présente de nombreux avantages. D'une part l'addition de charbon actif en grain dans des procédés à boues activées permet de fixer les polluants ciblés, minimiser leur volatilisation et augmenter leur temps de séjour dans le procédé D'autre part, la réduction de leur concentration à un niveau non inhibiteur permet l'absorption des variations de charges qui sont fréquentes dans les effluents industriels. Enfin les supports ajoutés, sur lesquels se développent des biofilms, constituent des niches écologiques nouvelles pour les micro-organismes les plus lents à se développer. Ces derniers peuvent dégrader les molécules adsorbées dans les zones biorégénérables du charbon actif. Afin de caractériser les mécanismes physicochimiques et biologiques, des expériences en batch des phénomènes découplés et couplés ont été réalisées : cinétiques et isothermes d'adsorption et de biosorption, cinétiques de volatilisation et respirométrie. Egalement, deux pilotes à l'échelle laboratoire ont permis de suivre les performances épuratoires d'un bioréacteur séquencé conventionnel et d'un bioréacteur hybride à support adsorbant. Un modèle d'adsorption sur support hétérogène, développé sous Matlab® et un modèle intégrant le couplage des phénomènes en dynamique, développé sous Aquasim® ont été combinés. Le modèle global développé permet de simuler de façon dynamique le devenir des micropolluants (les outils précédents ne fonctionnant qu'en régime permanent). Les simulations réalisées concordent avec les résultats expérimentaux et permettent de conclure que les mécanismes d'élimination abiotiques jouent un rôle très important dans les « performances épuratoires » du procédé de traitement biologique aérobie conventionnel. Les transferts de BTEX de la phase liquide vers le compartiment gazeux sont significatifs (>99% en 2 heures) et les quantités d'HAPs détectées dans la fraction solide sont importantes (élimination moyenne >65% lors de la décantation primaire). Pour les Composés Organiques Volatiles (ex : BTEX), l'ajout de particules adsorbantes et l'analyse des modes opérationnels minimisant le transfert dans la phase gaz sont les points prépondérants. Des simulations prospectives mettant en jeu les phénomènes conjoints de biodégradation et d'adsorption du toluène et du naphthalène ont permis de montrer que le réseau méso-macroporeux est régénérable, que l'adsorption a lieu majoritairement dans ce compartiment et que le taux de biorégénération dépend de la quantité de biomasse maintenue. L'efficacité des bioréacteurs à supports adsorbants (Charbon Actif en Grain) a été démontré pour ces molécules, à conditions de gérer une période de biorégénération qui devra être optimisée à partir du modèle développé.

La combustion de résidus de biomasse, généralement peu valorisés, pourrait apporter une solution d’approvisionnement intéressante pour la production d’énergie, allégeant la pression sur les ressources forestières. Toutefois, la composition chimique de ces résidus est à l’origine de problèmes techniques autant qu’environnementaux dans les procédés de combustion existants, ce qui limite leur utilisation. Deux de ces problèmes ont été traités dans cette thèse : les émissions de NOX et la quantité de potassium volatilisée lors de la combustion de différents résidus. Des essais de combustion ont été menés dans des réacteurs à l’échelle du laboratoire, sur des granulés de biomasse pure ou en mélange. Contrairement à la volatilisation du potassium, qui est liée à la teneur en différents éléments inorganiques, une relation linéaire forte (R² = 0,98) entre les émissions de NOX et la teneur en azote du combustible a été établie pour les granulés de biomasse pure. Des écarts par rapport à cette relation linéaire ont été observés dans le cas des essais menés sur des granulés de mélange, mettant en relief que la teneur en azote n’est pas le seul paramètre impliqué. Les travaux menés ont ainsi permis d’établir de manière originale que des synergies peuvent exister dans les granulés de mélange de résidus de biomasse, conduisant à des comportements différant de l’additivité directe des comportements des biomasses prises séparément. Ces synergies permettraient d’atténuer les problèmes causés par l’utilisation de ces résidus dans des chaudières en agissant de manière ingénieuse directement sur les propriétés des combustibles sans modification du procédé. / Combustion of biomass residues, which are generally poorly valued, could provide an attractive supply solution for energy production, alleviating pressure on forest resources. However, the chemical composition of these residues is causing both technical and environmental problems in existing combustion processes, which limits their use. Two of these problems have been addressed in this thesis: the amount of volatilized potassium and NOX emissions, when burning different residues. Combustion tests have been conducted in laboratory-scale reactors on pure and mixed biomass pellets. Variations in the amount of volatilized potassium was found to be linked to the content of multiple chemical elements for pure biomass pellets. In the case of NOx emissions, a strong correlation (R² = 0.98) with the nitrogen content of the fuel was found for pure biomass pellets. However, deviations from this linear relationship were observed for trials conducted on mixed biomass pellets, highlighting that the nitrogen content is not the only parameter involved. The work carried out thus made it possible to establish in an original way that synergies can exist in the pellets made of a mixture of biomass residues, leading to beneficial behaviors differing from the direct additivity of the biomass behaviors taken separately. These synergies could allow to mitigate the problems caused by the use of these residues in boilers by ingeniously acting directly on the properties of the fuels without modification of the process.

L’activité agricole présente la principale source de contamination de l’atmosphère par les pesticides. Les niveaux de concentration des pesticides dans l’atmosphère méritent une attention particulière de la part de la recherche compte tenu de leurs impacts potentiels sur la population et les écosystèmes. Bien que la volatilisation depuis la plante soit reconnue plus intense et plus rapide que la volatilisation depuis le sol, cette voie de transfert est à ce jour la moins bien renseignée avec peu de modèles disponibles pour sa description. Le manque de connaissances est lié essentiellement à la complexité des interactions entre les processus ayant lieu à la surface de la feuille et qui sont en compétition avec la volatilisation, notamment la pénétration foliaire et la photodégradation. Un système de chambre de volatilisation a été développé afin d’étudier d’une manière simultanée les processus de volatilisation et de pénétration foliaire. Les expérimentations réalisées avec 3 fongicides (époxyconazole, chlorothalonil et fenpropidine) appliqués sur feuilles de blé ont permis une description affinée du processus de pénétration foliaire grâce au protocole d’extraction des feuilles mis en place. Des coefficients de pénétration indispensables à la modélisation du devenir des pesticides à la surface des feuilles ont été calculés ainsi que des relations entre les propriétés physico-chimiques des pesticides et les processus qui contrôlent leur distribution sur et dans la feuille. L’étude expérimentale portant sur le processus de photodégradation a consisté en une irradiation de films de cire simulant les feuilles de blé traités avec des pesticides dans un simulateur solaire Suntest. Les résultats ont démontré que les pertes par photodégradation sont négligeables dans les conditions expérimentales et les pesticides choisis. Le modèle d’échange Sol-Végétation-Atmosphère SURFATM a été adapté aux pesticides selon une approche inspirée du modèle PEARL avec dans un premier temps des coefficients empiriques des processus de pénétration et de photodégradation. L’originalité de ce modèle réside dans sa description mécaniste des conditions micro-météorologiques à l’intérieur du couvert végétal. Ensuite, une approche de distribution des résidus de pesticides dans différents compartiments de la surface foliaire a été définie en se basant sur les résultats expérimentaux, permettant ainsi de prédire la fraction disponible à la volatilisation. La combinaison de cette approche avec les relations déduites entre les propriétés physico-chimiques des pesticides et le processus de pénétration foliaire améliore la généricité du modèle. Par ailleurs, l’effet de la formulation observé expérimentalement a été intégré via des coefficients empiriques permettant ainsi de mieux simuler les flux de volatilisation des produits systémiques. La comparaison entreles sorties du modèles et les résultats expérimentaux recueillis à partir de deux jeux de données acquis sur deux sites différents donne des résultats satisfaisants. Une fois activée la volatilisation depuis le sol, le modèle SURFATM-Pesticides permettra de prédire les émissions vers l’atmosphère de pesticides par volatilisation depuis les parcelles traitées. / The agricultural activity presents the main source of the atmospheric contamination by pesticides. The occurrence of pesticides in the atmosphere concerns the research community due to their potential impacts on population and ecosystems. The volatilization from plants is higher and faster than the volatilization from soil. However, this transfer pathway is difficult to assess with few available models. The lack of knowledge on pesticide volatilization from plants is essentially linked to the complex interactions between processes occurring at the leaf surface and competing with volatilization, such as leaf penetration and photodegradation. A laboratory volatilization chamber was developed in order to study simultaneously the processes of volatilization and leaf penetration of 3 fungicides (epoxyconazole, chlorothalonil and fenpropidine) applied on wheat leaves. These experimentations allowed a refined description of leaf penetration process using a well-defined sequential extraction procedure of leaves. Leaf penetration coefficients, which are necessary to modelling the pesticide fate in plants, were calculated. Moreover relationships between physicochemical properties of pesticides and processes regulating their distribution on and in plant leaves were identified. The experimental study on the photodegradation process consisted in irradiating wax films using simulated solarlight. The results showed that for experimental conditions and pesticides chosen in our study, photodegradation seems to have played a minor role as dissipation process.The soil-vegetation-atmosphere exchange model SURFATM was adapted for pesticides using an approach inspired from the parameterization developed in the PEARL model. The originality of this model resides in its mechanistic description of the micro-meteorological conditions inside the canopy. As a first step the SURFATM-Pesticides model describes leaf penetration and photodegradation processes using empirical coefficients. Then a distribution of pesticide residues in the different compartments of the leaf surface was identified based on the experimental results. This approach allowed the quantification of pesticide fraction on the leaf surface available for volatilization. The combination of this compartmental approach and the identified relationships between physicochemical properties of pesticides and the leaf penetration process improves the genericity of the model. Moreover, the effect of the pesticide formulation in the commercial preparations was integrated in the model via empirical coefficients allowing a better simulation of the volatilization fluxes in the case of systemic pesticides. Comparison of model results and experimental measurements collected from two datasets showed satisfactory results. Once the contribution of soil volatilization has been activated, the SURFATM-Pesticides model will allow us to predict the overall pesticide volatilization at the field scale.

Les écosystèmes aquatiques se révèlent particulièrement exposés à des situations de contamination chronique par le tributylétain (TBT) et le mercure (Hg). Ces micropolluants métalliques, ubiquistes et persistants, sont présents dans l'environnement à l'état de traces, néanmoins suffisantes pour induire des implications écotoxicologiques graves. Les divers mécanismes de transformation et de transfert du TBT et du Hg, conditionnant leur dynamique biogéochimique, ont ainsi été étudiés au moyen d'outils analytiques et expérimentaux innovants et permettant une meilleure évaluation des risques. La première partie de ce travail porte sur l'étude mécanistique de la réactivité et du transfert du TBT et du Hg dans des écosystèmes aquatiques reconstitués. Ces expériences associent des techniques analytiques de spéciation performantes, basées en partie sur la quantification par dilution isotopique, à des outils expérimentaux simulant les conditions environnementales. Les cinétiques de distribution du TBT et du Hg (adsorption, bioaccumulation, biodégradation, dépuration) ont ainsi été caractérisées simultanément dans les différents compartiments des microcosmes présentant une organisation simple. Dans une seconde étape, les cinétiques de volatilisation du TBT aux interfaces naturelles ont été étudiées afin d'estimer les voies potentielles de remobilisation et d'élimination des butylétains. Enfin dans une troisième partie, des traceurs isotopiques stables du Hg ont été utilisés pour discriminer et quantifier les cinétiques couplées de méthylation et déméthylation dans des sédiments estuariens, en fonction de différents forçages environnementaux (oxygénation, activité microbienne).

Les composites à matrices céramique (CMC) en raison de leur stabilité à haute température et de leurs propriétés mécaniques sont des matériaux de choix pour remplacer les superalliages à base de nickel au niveau des pièces de turbines. Cependant, les CMC qui sont constitués de carbure de silicium sont sensibles aux espèces oxydantes et corrosives telles que l’eau et l’oxygène à haute température. Le CMC sous cet environnement sévère peut être dégradé chimiquement, s’accompagnant d’un affaiblissement de ses propriétés mécaniques. Pour protéger et augmenter la durée de vie du CMC, un revêtement protecteur (EBC) est déposé généralement par projection thermique. Les céramiques sélectionnées sont des silicates de terres rares. Elles doivent faire face à trois phénomènes majeures :(i) la diffusion des espèces ioniques au sein de la structure cristalline (ii) la réaction de l’eau avec le silicate en surface qui forme des espèces hydroxydes volatiles provoquant la récession du matériau et (iii) la dissolution par les sables présents dans l’atmosphère : les CMAS. Tout l’enjeu de ce travail est dans un premier temps de mettre en place une méthodologie fiable pour caractériser de manière précise et complète l’influence de la microstructure sur les propriétés du matériau. Une deuxième partie sur l’optimisation des performances du matériau a été mise en place en jouant sur l’architecture du revêtement et sa composition. / Ceramic matrix composites due to their high temperature stability and mechanical properties are materials of choice to replace nickel superalloys in turbine. However, CMC are made of silicon carbide which is sensitive to oxidizing and corrosive species such as water and oxygen at high temperature.CMC under this severe environment is chemically degraded and may see its mechanical properties reduced. It seems necessary to cover this CMC by a protective coating : environmental barriers (EBC).These EBCs made of rare earth silicates have to face three most phenomena: (i) diffusion of ionic species in the crystal structures of EBC (ii) the surface volatilization of the silicate induced by reactions with moisture (iii) dissolution by melted sands: CMAS. The aim of this work is to implement amethodology to characterize the influence of the microstructure on the properties of the material. A second part deal with the optimization of the performance of the materials by modifying the architecture of the coating and its composition.

Marine aerosols have attracted increasing attention over the past 15 years because of their potential significance for global climate modelling. The size distribution of these aerosols extends from super-micrometer sea salt mode particles down through 150 nm accumulation mode particles, 40 nm Aitken mode particles and nucleation mode particles which extend from 25 nm right down to clusters of a few molecules. The process by which the submicrometer modes form and grow and their composition have remained topics of debate throughout this time in large part because of the difficulties associated with determining their composition and relating it to proposed models of the formation process. The work compared the modality of marine aerosol influencing the South-east-Queensland region with that of other environmental aerosols in the region. The aerosol was found to be consistent with marine aerosols observed elsewhere with concentrations below 1000 cm-3 and frequently exhibiting the distinct bimodal structure associated with cloud processing, consisting of an Aitken mode at approximately 40 nm, an accumulation mode in the range 100-200 nm and a coarse mode attributed to sea salt between 600 and 1200 nm. This work included the development of two new techniques for aerosol research. The first technique measures aerosol density using a combination of aerosol size distribution and gravimetric mass concentration measurements. This technique was used to measure the density of a number of submicrometer aerosols including laboratory generated NaCl aerosol and ambient aerosol. The densities for the laboratory generated aerosols were found to be similar to those for the bulk materials used to produce them. The technique, extended to super-micrometer particle size range may find application in ambient aerosol research where it could be used to discriminate between periods when the aerosol is dominated by NaCl and periods when the density is more representative of crustal material or sulfates. The technique may also prove useful in laboratory or industrial settings for investigating particle density or in case where the composition is known, morphology and porosity. The second technique developed, integrates the existing physicochemical techniques of volatilisation and hygroscopic growth analysis to investigate particle composition in terms of both the volatilisation temperatures of the chemical constituents and their contribution to particle hygroscopic behaviour. The resulting volatilisation and humidification tandem differential mobility analyser or VH-TDMA, has proven to be a valuable research tool which is being used in ongoing research. Findings of investigations relating the composition of the submicrometer marine aerosol modes to candidate models for their formation are presented. Sea salt was not found in the numerically dominant particle type in coastal nucleation mode or marine Aitken and accumulation modes examined on the Southeast Queensland coast during periods where back trajectories indicated marine origin. The work suggests that all three submicrometer modes contain the same four volatile chemical species and an insoluble non-volatile residue. The volatility and hygroscopic behaviours of the particles are consistent with a composition consisting of a core composed of sulfuric acid, ammonium sulfate and an iodine oxide coated with a volatile organic compound. The volume fraction of the sulfuric acid like species in the particles shows a strong dependence on particle size.