2.5
Conclusion
Les méthodes de mesure de flux par micrométéorologie sont des solutions adaptées à la quantification des échanges d’énergie et de matière entre la surface terrestre et l’atmo- sphère à l’échelle d’un écosystème. Elles sont basées sur les propriétés de la couche limite atmosphérique où le transport vertical est dominé par la turbulence.
La technique Eddy Covariance (EC) est la technique de référence pour la mesure des émissions à la surface et consiste à calculer le flux à partir de la covariance des fluctuations de vitesse verticale et du rapport de mélange de l’espèce étudiée sur une période de plusieurs dizaines de minutes. L’application de cette technique est limitée car elle nécessite une mesure rapide (0,1 s) des paramètres vent et rapport de mélange. En effet peu d’analyseurs de gaz en traces possèdent un temps de réponse assez court et une sensibilité suffisante.
La technique Disjunct Eddy Covariance est une adaptation de l’EC qui a été introduite pour permettre l’utilisation d’analyseurs relativement lents. Comme pour l’EC le flux est calculé à partir de la covariance des fluctuations de vitesse verticale et du rapport de mé- lange mais sur un nombre réduit de valeurs. Un intervalle de temps de quelques secondes dédié à l’analyse sépare chaque prélèvement. Les échantillons doivent cependant être pré- levés de manière rapide pour décrire toutes les échelles de la turbulence, ce qui implique l’utilisation d’un système de prélèvement adapté pour mettre en œuvre la technique DEC. Le développement du système de prélèvement décrit dans le chapitre 4 est basé sur l’utilisation de la technique DEC.
Chapitre 3
Les composés organiques volatils
3.1
Introduction
Un composé chimique est qualifié d’organique lorsqu’il possède un atome de carbone lié à un ou plusieurs atomes d’hydrogène et d’oxygène ou d’autres éléments (N, F, Cl, Br, I, S, P, etc. . . ) qui font partie de la constitution des êtres vivants. Le terme "composé organique volatil" (COV) regroupe l’ensemble des composés organiques dont la pression de vapeur est telle que l’on est susceptible de les rencontrer à l’état gazeux dans notre atmosphère, c’est à dire plusieurs milliers de molécules différentes. Les COV sont présents à l’état de traces dans l’atmosphère, c’est à dire dans des gammes de concentration allant du ppt à la dizaine de ppb voire plus près des sources d’émission. Le dioxyde de carbone (CO2) et
le monoxyde de carbone (CO) ne sont pas considérés comme des COV étant donné leur relative abondance dans l’atmosphère. Le méthane est aussi généralement exclu des COV pour les mêmes raisons. Le terme COV non méthaniques (COVNM) devrait alors être utilisé mais pour simplifier nous emploierons uniquement le terme COV.
Une fois libérés dans l’air, les COV subissent des transformations chimiques ou photo- chimiques. Le temps de vie des COV dans l’air est de l’ordre de la minute à plusieurs heures. Du fait de leur forte réactivité les COV jouent un rôle important dans la chimie de l’atmosphère. En effet, ils modifient les propriétés oxydantes de l’atmosphère et participent à la formation de polluants secondaires comme l’ozone et les particules fines (aérosols organiques secondaires) qui constituent des préoccupations majeures à l’heure actuelle pour la qualité de l’air.
On distingue deux grandes catégories de sources de COV dans l’atmosphère : les sources anthropiques, liées aux activités humaines et les sources naturelles, dites biogé- niques. À l’échelle mondiale les émissions naturelles représentent 1,2× 1015 gC par an
(Guenther et al., 1995) tandis que les émissions d’origine anthropiques sont estimées à 1.0× 1014g(C) par an (Singh and Zimmerman, 1992). Ces estimations ont de grandes in-
certitudes mais soulignent l’importance des émissions naturelles qui dépassent d’un ordre de grandeur les sources anthropiques à l’échelle du globe.
Les activités humaines émettrices de COV sont nombreuses. Parmi les plus impor- tantes on retient la combustion, et notamment la combustion d’énergies fossiles qui inter- vient principalement au niveau des transports, du chauffage et de l’industrie. Ensuite vient l’utilisation de solvants (application de peintures, revêtements, dégraissants, décapants...), qui rejettent de grandes quantités de COV par évaporation. L’industrie pétrolière est une source non négligeable lors du transport et raffinage des hydrocarbures. On peut encore
citer l’industrie chimique et l’industrie alimentaire qui génèrent des COV lors de procé- dés de synthèse, de distillation ou encore lors de la fabrication de boissons alcoolisées, l’extraction d’huiles et la préparation de plats cuisinés (CITEPA, 2007). La nature de ces émissions diffère d’une activité à l’autre. Plusieurs milliers de molécules différentes ont pu être identifiées mais seulement un nombre réduit d’espèces sont présentes en relative abondance. Les espèces caractéristiques des émissions anthropiques sont les composés aro- matiques tels que le benzène (C6H6), le toluène (C7H8), le xylène (C6H4), l’éthylbenzène
(C8H10), certains alcanes comme l’éthane (C2H6), le propane (C3H8), le butane(C4H10),
ou encore le formaldéhyde (CH2O). Les effets sur la santé de ces composés sont peu docu-
mentés à l’exception de quelques espèces (Anderson et al., 2007). Les COV sont inhalés puis absorbés pour se retrouver dans le sang et devenir toxiques pour les tissus sur lesquels ils se fixent.
Les sources naturelles de COV dans l’atmosphère sont les sols, les sédiments, les océans, les animaux, et la végétation. Cette dernière est la source la plus importante et représente à elle seule 98% des émissions naturelles, estimée à l’échelle du globe à 1150 TgC par an. En second, on trouve les océans avec une estimation de 15-25 TgC par an (Kettle and Andreae, 2000; Simó and Dachs, 2002). Les autres sources étant négligeables, peu d’études leur sont consacrées et de grandes incertitudes existent sur leur estimations. D’après certaines études récentes il semblerait que la litière des sols soit une source de COV largement sous estimée (Isidorov et al., 2003). Tandis que les émissions de COV par les océans peuvent se résumer à la production de diméthylsulfure (DMS) par le phyto-plancton, les émissions par la végétation relèvent de plusieurs processus de fabrication et impliquent des milliers de composés différents. La nature et la quantité des émissions diffèrent d’une espèce végétale à une autre et évoluent en réponse à de nombreux paramètres environnementaux. L’ensoleillement, la température, le stress hydrique, le stress induit par des blessures ou encore l’âge de développement des feuilles sont des facteurs qui peuvent multiplier les émissions et changer leur nature.
Dans ce chapitre nous allons nous intéresser à la végétation en tant que source ma- jeure de COV pour l’atmosphère. Les points qui seront abordés sont les suivants : d’abord nous présenterons les espèces majeures émises dans l’atmosphère, puis comment ces mo- lécules sont synthétisées dans la plante (biosynthèse), les facteurs environnementaux qui contrôlent les émissions, la modélisation de ces émissions et le devenir de ces COV dans l’atmosphère avec les principales espèces oxydantes de l’atmosphère.