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Atelier Expérimentation et Instrumentation 2008 Développement dune chambre de simulation atmosphérique à irradiation naturelle à Orléans : HELIOS G. Eyglunent,

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1 Atelier Expérimentation et Instrumentation 2008 Développement dune chambre de simulation atmosphérique à irradiation naturelle à Orléans : HELIOS G. Eyglunent, A. Lecru, V. Daële, J. Sabatier, et A. Mellouki Equipe Réactivité Atmosphérique, Institut de Combustion, Aérothermique, Réactivité et Environnement (CNRS-Orléans)

2 Atelier Expérimentation et Instrumentation 2008 Contexte Responsabilité humaine Changement climatique qui continuera au cours du 21 ème siècle Gaz à effet de serre (longue durée de vie) Ozone, NOx, Composés Organiques Volatils (COV), aérosols, … (courte durée de vie) de source anthropique pollution atmosphérique sur différentes échelles spatio-temporelles // Nécessité détudier les polluants atmosphériques en laboratoire et de développer des outils correspondant (concentrations proche atmosphère + maîtrise conditions opératoires extrapolation) Projet HELIOS (cHambrE de simuLation atmosphérique à Irradiation naturelle dOrléanS) COV + Oxydant Irradiation Vitesse de réaction? k c ? Comment? Mécanisme? Particules? Devenir? Produits ? Système complexe

3 Atelier Expérimentation et Instrumentation 2008 Institut de Combustion, Aérothermique, Réactivité et Environnement (ICARE-CNRS-Orléans) Missions: développer des recherches avancées dans les domaines de lÉnergie & Environnement, dune part, et de la Propulsion & Espace, dautre part. Mots clefs : Énergie, environnement, combustion, pollution, propulsion, espace Équipe Réactivité Atmosphérique Missions: compréhension des phénomènes de chimie atmosphérique reproduits en laboratoire Mots clefs : Composés organiques volatils et semi volatils, polluants atmosphériques, plate forme analytique, chambre de simulation atmosphérique, photochimie, aérosols organiques secondaires. Groupe Atmosphère Missions: Études chimiques et dynamiques de l'atmosphère à toutes latitudes et altitudes par mesures et modèles Mots clefs : atmosphère terrestre, Environnements planétaires Physique des plasmas spatiaux, Astrophysique Laboratoire de Physique et Chimie de lEnvironnement (LPCE-Orléans) Partenaire industriel: CILAS (Orléans) Missions: expertise dans les technologies lasers et optiques Marchés : défense et sécurité civile et militaire, instrumentation scientifique et industrielle, composants optiques de pointe, grands programmes de lasers scientifiques

4 Atelier Expérimentation et Instrumentation 2008 Les chambres de simulation atmosphérique de lICARE 1) irradiation simulée Spectroscopie IRTF in situ Miroirs de White Granulomètre (SMPS) Moniteurs (O 3 +NOx) Mesure de HONO (LOPAP) irradiation simulée (254 et 365 nm) - Chambre de 7.2 m 3 - Etudes cinétiques et mécanistiques en phase gazeuse (COV + Ozone, OH), formation de particules - Faibles concentrations

5 Atelier Expérimentation et Instrumentation 2008 Les chambres de simulation atmosphérique de lICARE 1) irradiation simulée - Chambre de L - Etudes cinétiques et mécanistiques à hautes concentrations en phase gazeuse (COV+OH/Cl) - Analyses GC et Infrarouge - Chambre de 250 L - Etudes de surfaces dépolluantes (diminution des NOx) - Analyses NOx

6 Atelier Expérimentation et Instrumentation 2008 Les chambres de simulation atmosphérique de lICARE 2) irradiation naturelle - Chambre de 3.4 m 3 - Etudes de surfaces dépolluantes - Faibles concentrations - Analyse GC-PID, Moniteurs O 3, NOx, HONO, J(NO 2 ), SMPS - Station météo - Irradiation naturelle homogénéisation Extraction/Sonde humidité-température Introduction des réactifs, prélèvements Radiomètre

7 Atelier Expérimentation et Instrumentation 2008 Projet HELIOS : cHambrE de simuLation atmosphérique à Irradiation naturelle dOrléanS - Grand volume (33m 3 ) - Faible rapport Surface/Volume (1.2 m -1 ) - Parc analytique Important - Faibles concentrations (~ppb) - Irradiation naturelle

8 Atelier Expérimentation et Instrumentation 2008 Développement du projet - Etape 1: Construction 1) Mise en place des fondations et des sas de communication chambre/laboratoire 2) Construction du support et de la protection de la chambre (hangar) 3) Mise en place et fixation du film Téflon (paroi de la chambre) 4) Mise en place du parc analytique et connexion à la chambre

9 Atelier Expérimentation et Instrumentation 2008 Développement du projet - Etape 2: Validation 1) Caractérisation physique - Détermination précise du volume de la chambre, évaluation des potentielles fuites à laide dun traceur inerte (SF 6 ) - Évaluation de la température, du flux actinique et de lhumidité relative moyenne pendant une expérience dans la chambre de simulation - Évaluation des vitesses dhomogénéisation et de nettoyage après une expérience - Automatisation de la gestion des flux et évacuations des gaz 2) Quantification des interactions chimiques composés/structure - Utilisation de différents COV avec/sans oxydant en présence/absence dirradiation - Influence de lhumidité relative, formation éventuelle de particules 3) Validation / Module de chambre - utilisation de systèmes chimiques caractéristiques de latmosphère largement étudiés dans la littérature (propène + NOx + irradiation) - détermination du module de chambre Validation de la plate-forme HELIOS

10 Atelier Expérimentation et Instrumentation 2008 Fonctionnement type : expérience de photo-oxydation Par beau temps + ozonolyse + calibrations + intercomparaisons + ….. toute lannée

11 Atelier Expérimentation et Instrumentation 2008 Parc analytique dHELIOS InstrumentationFonction IRTF (in-situ) (+système multiréflexions)Mesure de composés organiques volatils et semi-volatils, ozone, oxydes dazotes, … Analyseur dozoneMesure de la concentration dozone Analyseur de NOxMesure des concentrations doxydes dazote, NO et NO 2 Analyseur de HONOMesure de la concentration de lacide nitreux (HONO) Compteur de condensationCompteur de particules Analyseur de mobilité différentielleGranulométrie des particules Générateur dozoneProduction dozone Mesure de température / humidité relativeContrôles de la température et de la vapeur deau RadiomètreMesure de lintensité solaire (J NO2 ) RadiomètreMesure du flux actinique Spectromètre de Masse à Transfert de Proton (PTR-MS) Détection et suivi des composés organiques volatils et semi-volatils Spectromètre à laser infrarougesMesure rapide, fréquente (> 0,1 Hz) et sensible de produits doxydation: N 2 O,CH 4,H 2 O,H 2 O 2,O 3,CO,CO 2,HCHO (<50ppt),HNO 3 Spectromètre laser visible (662 nm) pour NO 3 Mesure rapide, fréquente (> 0,1 Hz) et sensible (<10ppt) de loxydant NO 3 des composés organiques

12 Atelier Expérimentation et Instrumentation 2008 Applications envisagées : exemples 1 : Pollution photo-oxydante et qualité de lair (exemple des biocarburants) Etude des mécanismes chimiques de dégradation dans les conditions atmosphériques des esters émis après combustion des biocarburants 2 : Formation daérosols Etude des mécanismes et des produits de formation des Aérosols Organiques Secondaires à partir de loxydation (OH, O 3 ) des COV (Aromatiques, Oxygénés) 3 : Produits phytosanitaires Etude de la dégradation des pesticides en phase gazeuse par réaction avec des oxydants tels que les radicaux hydroxyle (OH) et nitrate (NO 3 ), et lozone (O 3 ), ainsi que par photolyse par le rayonnement solaire. Projets pouvant impliquer HELIOS Eurochamp (1 et 2), Primequal, Neorad, PHOTONA, ROVOC, projets industriels, etc…

13 Atelier Expérimentation et Instrumentation 2008 Planning et actions mises en place - Septembre 2007 : début de la rédaction du projet - Janvier - Mai 2008 : étude de faisabilité, modélisation - Mai 2008 : dépôt du projet région - Juillet début des travaux - Décembre 2008 : fin des travaux - Janvier - mai 2009 : premier tests et caractérisation de la chambre Eté 2009 : HELIOS opérationnelle HELIOS en France et en Europe - Seule installation de cette envergure en France - 3ème en Europe après : EUPHORE – Valencia (Espagne) SAPHIR – Jülich (Allemagne) Volonté douverture aux communautés scientifiques nationales et internationales


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