Emission de composés organiques volatiles et formation

Proposition de sujet de thèse 2016
(A remplir par les équipes d'accueil et à retourner à Isabelle HAMMAD : [email protected]
MASTER :
Ordre de priorité de la proposition(1) :
Candidat(e)(1)
Nom - Prénom :
Date de naissance :
Cursus de second cycle (origine, années, mention) : Master d’Océanographie
Mention et classement au Master (Xème sur Y) :
Sujet de doctorat proposé
Intitulé : Emission de composés organiques volatiles et formation de l’aérosol secondaire dans les
environnements marins pollués
Title: VOCs emission and SOA formation in polluted marine environments
Descriptif
Oceans are so vast and deep that until fairly recently, it was widely assumed that no matter how much trash and
chemicals humans dumped into them, the effects would be negligible. It is now well accepted that pollution input into the
oceans has accelerated dramatically in the past hundred years as industrial discharge and runoff from farms and coastal
cities. Common man-made pollutants that reach the sea water include pesticides, herbicides, chemical fertilizers,
detergents, oil, sewage, plastics, detergents, pharmaceuticals and various solid wastes. These pollutants may undergo
microbiological transformation and degradation, volatilization, photo-oxidation, photolysis, sorption and biological
uptake. They can be then introduced into the global food chain, dispersed into the sea waters or re-emitted in the
surrounding atmosphere directly affecting marine boundary layer chemical composition.
On the other hand, air quality models often underestimate air pollution events and do not adequately predict
particle loadings mainly the secondary organic aerosol (SOA) in polluted environments. This could be due to several
reasons: non accounted particle precursors in the gas phase, unknown pathways for formation of new particles or
underestimated particle growth (semi-volatile VOCs). We therefore propose to investigate how polluted sea-waters does
affect the marine boundary layer composition and air quality.
Work description
This research subject proposes an original and interdisciplinary approach focusing on emissions at the air-sea
interface upon sea water pollutants degradation (by microorganisms and/or photo-oxidative processes). Both VOCs and
particle emission will be monitored during biological and abiotic degradation of chosen pollutants and real sea water
samples collected in various areas of the Mediterranean Sea. Then the atmospheric fate of those emissions (mainly the
potential to form new particles more specifically secondary organic aerosol) will be further investigated, under realistic
atmospheric conditions, in order to assess their effect in local air quality and coastal air pollution. The outputs would
provide new knowledge about air-sea water exchanges and useful parameterizations that would implement air quality
models (as CHIMERE). Seawater will be collected at different locations in coastal Mediterranean Sea including Marseille
Bay, Cortiou area, Berre Lagon and Open Sea waters. Phytoplankton cultures will be also studied in laboratory controlled
conditions.
The candidate will work with state-of-the art techniques (Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS), CPC,
compact Time of Flight Aerosol Mass Spectrometer (c-TOF-AMS), Automatic Thermal Desorption coupled with Gas
Chromatography and detection with Mass spectrometry (ATD/GC/MS).
1
Experimental work will be done at M I O laboratory in Aix Marseille University. The candidate will collaborate with the
marine Geochemists and biologists of the M I O (Mediterranean Institute of Oceanology)/Univ. Aix-Marseille.
Calendrier de travail :
• Novembre 2016-July 2017 : Experimental set up, organic blanck, recovery experiments and efficiency studies for
on line analyses of the sea-air emission chamber in M I O. First experiments.
• Septembre 2017-Novembre 2018 : Sea-Air emission studies with polluted seawater
• Novembre 2018-Novembre 2019 : Analyses and modelling.
Programme finançant la recherche :
(1) CHARMEX/MISTRALS, (2) MERMEX/MISTRALS, Equipement de laboratoire financé par l’ANR SAM (fin de
contrat).
• (1) et (2) demandés pour 2016
• envisagé :
Directeur(s) de thèse proposé(s)
(limiter au plus à deux personnes principales, dont au moins une titulaire de l'HDR)
Richard Sempéré
Directeur HDR proposé
Nom - Prénom : Richard Sempéré, HDR, 25%
Corps : DR CNRS
Laboratoire Equipe Chimie Environnementale, Institut Méditerranéen d’Océanologie (M I O), UMR CNRS 7294, Aix
Marseille Université, IRD, Université de Toulon.
Adresse mail : [email protected]
Choix de cinq publications récentes (souligner éventuellement les étudiants dirigés co-signataires) :
1.
2.
3.
4.
5.
Fu, P. Q., Kawamura, K., Chen, J., Charrière, B., Sempéré R., (2013) Organic molecular composition of marine aerosols over
the Arctic Ocean in summer: contributions of primary emission and secondary aerosol formation. Biogeosciences, 10, 653–667,
2013. doi:10.5194/bg-10-653-2013.
Kawamura, K., Ono, K., Tachibana, E., Charrière, B., Sempéré, R., (2012). Distributions of low molecular weight dicarboxylic
acids, ketoacids and α-dicarbonyls in the marine aerosols collected over the Arctic Ocean during late summer. Biogeosciences,
9, 4725– 4737, doi:10.5194/bg-9-4725-2012, 2012.
Tedetti, M., Kawamura, K., Narukawa, M., Joux, F., Charrière, B., Sempéré, R. (2007) Hydroxyl radical-induced photochemical
formation of dicarboxylic acids from unsaturated fatty acid (oleic acid) in aqueous solution. Journal of Photochemistry and
Photobiology A: Chemistry (188): 135-139.
Tedetti, M., Sempéré, R., Vasilkov , A., Charrière, B., Nérini, D., Miller, W.L., Kawamura, K., Raimbault, P. (2007) High
penetration of ultra violet radiation in the south east Pacific waters. Geophysical Research Letters, 34, L12610,
doi:10.1029/2007GL029823.
Sempéré, R., Kawamura, K., (2003). Interhemispheric contribution of α, w dicarboxylic acids and related polar compounds to
water soluble organic carbon in the marine aerosols in relation to photochemical oxidation reactions, Global Biogeochemical
Cycles, 10.1029/2002GB001980.
Thèses encadrées ou co-encadrées au cours des quatre dernières années
Nom : Andrea Paluselli en co-direction avec F. Galgani.
Intitulé : Distribution et dégradation des phtalates en milieu marin
Type d'allocation : Région PACA
Date de début de l'allocation de doctorat : 2013
Date de soutenance (si la thèse est soutenue) : Décembre 2016
Programme finançant la recherche : MERMEX, Particule-Labex OT-Med
Situation actuelle du docteur (si la thèse est soutenue) :
Pourcentage de participation du directeur à l'encadrement en cas de co-direction : 50 %
Nom : Amel Nouara en co-direction (HDR) avec C. Panagiotopoulos
Intitulé : Composition de la matière organique dissoute réfractaire en milieu océanique.
Type d'allocation : MRT
Date de début de l'allocation de doctorat : Décembre 2013
Date de soutenance (si la thèse est soutenue) : Décembre 2016
Programme finançant la recherche : Particule Labex OT-Med
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Situation actuelle du docteur (si la thèse est soutenue) :
Pourcentage de participation du directeur à l'encadrement en cas de codirection : .......25......%
Autre directeur proposé (éventuellement)
Nom - Prénom : Barbara d’Anna 75%
Corps : Directeur de recherche CNRS, HDR
Adresse mail : [email protected]
Laboratoire (i.e. formation contractualisée de rattachement, éventuellement équipe au sein de cette formation) : Institut de
recherche sur la catalyse et l’environnement IRCELYON, UMR CNRS 5256, Lyon.
Choix de cinq publications récentes (souligner éventuellement les étudiants dirigés co-signataires) :
1.
2.
3.
4.
5.
Noziere B., Kaberer M., Claeys M., Allan J., D'Anna B., Decesari S., Finessi E., Glasius M., Grgic I., Hamilton J. F.,
Hoffmann T., Iinuma Y., Jaoui M., Kahno A., Kampf C. J., Kourtchev I., Maenhaut W., Marsden N., Saarikoski S.,
Schnelle-Kreis J., Surratt J. D., Szidat S., Szmigielski R., Wisthaler A. The Molecular Identification of Organic Compounds
in the Atmosphere: State of the Art and Challenges, Chemical Reviews, 2015, 115, pp. 3919-3983.
George C.,Herrmann H.,D'Anna B.,Van Pinxteren M.,Fine L.,Ciuraru R., Unravelling New Processes at Interfaces:
Photochemical Isoprene Production at the Sea Surface. Environmental Science and Technology, 2015, 49, pp. 13199-13205.
David G., Thomas B., Dupart Y., D'Anna B., George C., Miffre A., Rairoux P. UV polarization lidar for remote sensing new
particles formation in the atmosphere. Optics Express, 2014, 22, pp. A1009-A1022.
El Haddad I., D'anna B., Temime-Roussel B., Nicolas M., Boreave A., Favez O., Voisin D., Sciare J., George C., Jaffrezo
J.L., Wortham H., Marchand N. Towards a better understanding of the origins, chemical composition and aging of
oxygenated organic aerosols: case study of a Mediterranean industrialized environment, Marseille. Atmospheric Chemistry
and Physics, 2013, 13, pp. 7875-7894.
Monge M.E., Rosenorn T., Favez O., Muller M., Adler G., Riziq A.A., Rudich Y., Herrmann H., George C., D'anna B.
Alternative pathway for atmospheric particles growth. PNAS, 2012, 109, pp. 6840-6844.
Thèses encadrées (R. Sempéré) ou co-encadrées au cours des quatre dernières années
(1) : A remplir lors de la campagne d'attribution des allocations, à l'issue de la session de juin des Masters
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