Traceurs et formes chimiques du fer dans les particules émises dans l'atmosphère depuis un site sidérurgique : Etude spectroscopique et caractérisation de composés de référence et de particules collectées dans l'environnement.

Airborne particles were collected at Dunkerque under several influences, in urban, coastal or industrial area. A physico-chemical characterization of airborne particles has been undertaken, particularly focused on particles emitted by different units of an iron and steel works located in Dunkerque industrial park. A multi-technical approach was considered, based on Scanning Electronic Microscopy equipped with an Energy Dispersive X-ray spectrometer, Electron Paramagnetic Resonance, X-Rays Diffraction and Infrared Spectroscopy. Specific characteristics for iron-containing particles emitted by each unit of the iron and steel works have been investigated in order to evidence tracers of its activity. Moreover, iron oxides and oxyhydroxides, which correspond to chemical forms generally found in the environment, were also characterized using the same techniques. These compounds are considered as references for the study of the atmospheric particles.Des particules en suspension dans l'air ont été collectées à Dunkerque sous diverses influences en milieu côtier, urbain ou industriel. Le but de ce travail a été d'entreprendre une caractérisation physico-chimique des poussières atmosphériques émises par les différentes unités d'un site sidérurgique présent dans la zone industrielle de Dunkerque. Pour ce faire, une approche multi-techniques a été envisagée, en s'appuyant notamment sur la Microscopie Electronique à Balayage couplée à une sonde d'analyse X, la Résonance Paramagnétique Electronique, la Diffraction des Rayons X et la spectroscopie Infrarouge. Des caractéristiques spécifiques pour des particules contenant du fer, émises par chaque unité du site sidérurgique ont été déterminées afin de mettre en évidence des traceurs de son activité.En parallèle, des oxydes et oxyhydroxydes de fer : magnétite Fe3O4, ferrihydrite Fe5HO8,4H2O et goethite α-FeOOH qui correspondent à des formes chimiques susceptibles d'être rencontrées dans l'environnement, ont également été caractérisés par ces mêmes techniques. Leur décomposition thermique sous atmosphère oxydante a également été suivie par analyse thermique et par spectroscopie IR et le composé finalement obtenu dans les trois cas : l'hématite α-Fe2O3 a été caractérisé de la même façon. Ces composés sont considérés comme des références pour l'étude sur les particules atmosphériques et serviront notamment de support à l'interprétation des spectres RPE pour les poussières atmosphériques.Une première partie de ce travail a permis d'établir des connaissances sur les particules présentes dans l'air ambiant sur l'agglomération de Dunkerque. Ainsi, pour les poussières prélevées sous influence marine ou urbaine, les particules riches en fer ont montré certaines spécificités. En effet, ces particules possèdent une morphologie anguleuse qui peut évoluer vers des formes granuleuses et/ou de petits agglomérats lorsqu'elles ont réagit avec d'autres composés présent dans l'atmosphère comme le SO2 gazeux par exemple. Les études de Résonance Paramagnétique Electronique ont montré deux types de comportement pour ces particules : soit un caractère antiferromagnétique, soit des clusters d'ions Fe3+ pour les poussières ayant réagit dans l'atmosphère avec des composés gazeux.La seconde partie du travail a permis la mise en évidence de spécificités pour les particules riches en fer émises par les différentes unités du site sidérurgique. Deux types de particules riches en fer ont été détectés dans cette étude. Il s'agit d'une part, de particules de forme anguleuse constituées d'hématite et montrant des propriétés antiferromagnétiques mises en évidence par RPE. Ces particules correspondent principalement à des poussières de minerais de fer rencontrées au niveau du parc de stockage des matières premières et des cheminées des chaînes d'agglomération des minerais. D'autre part, des particules sphériques qui après caractérisation, se sont révélées être constituées d'un cœur de magnétite et d'une surface oxydée en hématite et qui sont responsables d'un signal RPE particulier (très intense et centré sur g = 2,20). Ces dernières particules sont caractéristiques des émissions des secteurs où la matière est traitée à très haute température (> 2000°C), c'est-à-dire l'aciérie et les hauts-fourneaux.Les spécificités des poussières émises par le site sidérurgique ont été retrouvées dans des poussières prélevées en milieu urbain, sous influence du site jusqu'à 5km. Il semble alors possible de suivre les émissions particulaires du site sidérurgique