Offre de thèse
Étude des réactions entre des COV présents dans les atmosphères de travail et l'ozon
Date limite de candidature
30-04-2024
Date de début de contrat
01-10-2024
Directeur de thèse
BATTIN-LECLERC Frédérique
Encadrement
Encadrement de la thèse au LRGP : Directrice de thèse : Mme Frédérique BATTIN-LECLERC - Directrice de recherche au CNRS Co-directeur de thèse : Mr Jérémy BOURGALAIS - Maître de Conférences à l'Université de Lorraine
Type de contrat
école doctorale
équipe
Axe 4 - CITHERE - Cinéthique et Thermodynamique pour l'Energiecontexte
La crise COVID a entrainé la mise sur le marché d'un grand nombre de purificateurs d'air combinant différents procédés de traitement tels que la filtration, l'adsorption, les plasmas froids…soit pour leur effet bactéricide soit pour éliminer les COV L'INRS a constaté que l'utilisation de ces purificateurs conduit parfois à la formation d'ozone (O3) dans des concentrations élevées, entre 100 et 1000 ppbv. La présence de composés organiques volatils (COV) dans les environnements de travail combinée à l'O3 mène à une production rapide de molécules organiques et d'aérosols de taille nanométrique qui sont potentiellement nocifs pour la santé de l'être humain. La réactivité de l'ozone (O3) à température ambiante avec des molécules insaturées, notamment des terpènes comme l'alpha-pinène est connue depuis des décennies comme étant l'une des sources principales d'aérosols dans l'atmosphère. La réaction de l'O3 avec un COV initie un processus d'oxydation menant rapidement à la formation de molécules poly-oxygénées et de faible volatilité qui par condensation sont des précurseurs de particules.1-3 Cependant, leurs structure moléculaire et concentration ne sont pas connues, même dans le cas d'une molécule caractéristique comme l'α pinène.4 La revue de Bianchi et al.5 donne un aperçu de la littérature sur les molécules poly oxygénées en chimie atmosphérique.spécialité
Génie des Procédés, des Produits et des Moléculeslaboratoire
LRGP - Laboratoire Réactions et Génie des Procédés
Mots clés
cinétique en phase gazeuse, génie des réaction chimiques
Détail de l'offre
Le but de la thèse INRS-LRGP est d'étudier la chimie spécifique de l'O3 avec des COV représentatifs des environnements de travail à l'aide de réacteurs idéaux (parfaitement agité ou piston) pour identifier et quantifier les produits en phase gazeuse, notamment ceux toxiques pour la santé des travailleurs. In fine ces données mèneront à des recommandations sur l'amélioration de la qualité de l'air des environnements de travail.
1) La première partie de la thèse consistera à effectuer une étude bibliographique approfondie à partir des bases de données type Web of Sciences, sur les expériences de laboratoire et la modélisation portant sur la réactivité des principaux COV observés dans le secteur tertiaire avec l'O3 et la formation d'aérosols organiques secondaires (AOS) associée. Une attention particulière sera apportée sur les COV insaturés.
2) Le travail de thèse comprendra ensuite une partie importante d'expériences en laboratoire à l'aide de réacteurs à écoulements de gaz. Le couplage à des outils analytiques de type spectromètre de masse à temps de vol et micro-chromatographe en phase gazeuse permettra d'identifier et quantifier le plus grand nombre de produits/polluants. La caractérisation et la spéciation des AOS potentiellement produits constituera un enjeu important de ce travail. Cet aspect de l'étude reposera sur les compétences et la métrologie dont dispose le département Ingénierie des Procédés de l'INRS.
3) Sur la base des données expérimentales obtenues, la troisième partie de la thèse portera sur le développement de modèles cinétiques chimiques pour une prédiction quantitative des produits stables, comme les aldéhydes et si possible les AOS pour lesquels on s'attend à une production importante. La modélisation de la formation des molécules poly-oxygénées sera également abordée via des techniques de globalisation (lumping) des espèces et réactions dans les modèles grâce à l'expérience dont bénéficie le LRGP dans la modélisation de la chimie d'oxydation des composants de carburants.
Keywords
gas phase kinetics, chemical engineering
Subject details
The aim of the INRS-LRGP thesis is to study the specific chemistry of O3 with VOCs representative of work environments using ideal reactors (perfectly stirred or piston) to identify and quantify the products in the gas phase, especially those toxic to the health of workers. Ultimately, these data will lead to recommendations on improving the air quality of working environments. 1) The first part of the thesis will consist of a thorough bibliographical study from Web of Sciences type databases, on laboratory experiments and modeling on the reactivity of the main VOCs observed in the tertiary sector with O3 and the formation of secondary organic aerosols (SOA) associated. Particular attention will be paid to unsaturated VOCs. 2) The thesis work will then include an important part of laboratory experiments using gas flow reactors. The coupling to analytical tools such as time-of-flight mass spectrometer and gas phase micro-chromatograph will allow the identification and quantification of the largest number of products/pollutants. The characterization and speciation of potentially produced AOS will be an important issue in this work. This aspect of the study will rely on the skills and metrology available in the Process Engineering Department of INRS. 3) Based on the experimental data obtained, the third part of the thesis will focus on the development of chemical kinetic models for a quantitative prediction of stable products, such as aldehydes and if possible AOS for which a significant production is expected. The modeling of the formation of polyoxygenated molecules will also be addressed via lumping techniques of species and reactions in the models thanks to the experience of the LRGP in modeling the oxidation chemistry of fuel components.
Profil du candidat
Nous recherchons un(e) candidat(e) titulaire d'un diplôme d'ingénieur ou d'un master en génie des procédés avec si possible des connaissances en cinétique chimique. Le candidat devra être capable d'intégrer les aspects de prévention des risques du partenaire INRS. Français et anglais courant, capacité à travailler en équipe sont nécessaires.
Pour toute thèse proposée au sein de l'Ecole Doctorale, le futur doctorant devra bien être titulaire d'un master avec au moins unemention AB.
• le CV du candidat et lettre de motivation
• les notes obtenues au diplôme conférant le grade de master, mention 'Assez Bien' requise au minimum et copie du diplôme s'il estdisponible
• 2 lettres de recommandations émanant du Responsable de la filière de formation et du tuteur de stage de fin d'études
• des éléments tangibles sur l'initiation à la recherche (mémoire de recherche, publication, ...).
Le dossier complet de candidature doit être envoyé à la direction de thèse par les adresses messageries des directeurs de thèses : jeremy.bourgalais@univ-lorraine.fr
Candidate profile
We are looking for a candidate with an engineering degree or a master's degree in process engineering with, if possible, knowledge in chemical kinetics. The candidate must be able to integrate the risk prevention aspects of the INRS partner. Fluent French and English and ability to work in a team are required.All applicants to the Doctoral School SIMPPÉ must have successfully completed a Master degree or its equivalent with a gradecomparable to or better than the French grade AB (corresponding roughly to the upper half of a graduating class).
the candidate's dossier, which must include:
• CV and letter of motivation
• the grades obtained for the Master (or equivalent) degree and a copy of the diploma if it is available
• 2 letters of recommendation, preferably from the director of the Master program and the supervisor of the candidate's research project
• written material (publications, Master thesis or report, etc.) related to the candidate's research project.
The complete application file must be sent to the thesis supervisors by email : : jeremy.bourgalais@univ-lorraine.fr
Référence biblio
1. Ehn+ (2014). Nature, 506(7489), 476-479.
2. Schobesberger+ (2013). Proceedings of the National Academy of Sciences, 110(43), 17223-17228.
3. Riccobono+ (2014). Science, 344(6185), 717-721.
4. Iyer+ (2021). Nature communications, 12(1), 1-6.
5. Bianchi+ (2019) Chemical Reviews, 119(6), 3472-3509