Projet ANR-10-BLAN-0617 – CUMULUS : Chimie organiqUe MULtiphasique des nUages troposphériqueS
Programme : Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie : Système Terre, environnement, risques (Blanc SIMI 6) 2010
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Madame Anne MONOD (UNIVERSITE  DE PROVENCE  ( Aix-Marseille I ))
Partenaires : Laboratoire de Météorologie Physique; Laboratoire de Chimie de l'Environnement; Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques; Laboratoire d'Aérologie
Montant : 569600.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 48 mois
Résumé : Les problèmes liés au changement climatique ne peuvent être résolus dans le cadre des disciplines traditionnelles, mais nécessite une approche multidisciplinaire qui rassemble plusieurs spécialistes. Améliorer notre capacité à prévoir les changements climatiques impose de comprendre en détails les liens existants entre l’aérosol, la formation des nuages, et le rôle spécifique des composés organiques sur ces processus. La photooxydation atmosphérique des Composés Organiques Volatils (COV) conduit à la formation d’espèces oxydées, moins volatiles. La nucléation homogène ou la condensation (sur des particules pré-existantes) de ces produits d’oxydation permet d’expliquer la formation des Aérosols Organiques Secondaires (AOS) dans l’atmosphère. Néanmoins, ces produits d’oxydation sont aussi hydrosolubles et ont été observés dans les gouttelettes d’eau des nuages. Dans cette phase, leur réactivité atmosphérique est modifiée par rapport à la phase gaz, menant à des produits plus oxydés et moins volatils. Les nuages occupent une grande partie de la basse atmosphère (60% en surface sur les 4 à 6 premiers km d’altitude), et se forment et disparaissent continuellement (cycles évapo-condensation). Ils constituent de véritables réacteurs photochimiques. Alors que seulement 10% des nuages sont précipitants, les 90% restants se dissipent, entraînant l’évaporation des composés les plus volatils, et certainement la condensation des composés organiques peu volatils formés en phase aqueuse. Cela constitue une nouvelle voie de formation d’AOS, potentiellement très importante, qui n’a que très peu fait l’objet d’études expérimentales. En effet, la formation des AOS dans l’atmosphère a été la plupart du temps considérée comme résultant de la photooxydation de certains COV, en négligeant la présence d’eau. CUMULUS propose d’examiner la contribution des processus nuageux sur la formation des AOS, car la photooxydation en phase aqueuse des composés organiques hydrosolubles peut mener à des voies de formations complètement nouvelles, résultant en la formation d’AOS dont les propriétés physico-chimiques sont différentes. L’isoprène est l’un des COV majoritairement émis vers l’atmosphère à l’échelle globale. Son oxydation en phase gazeuse (ozonolyse ou photooxydation) est relativement bien connue, et ne conduit pas à la formation de quantités importantes d’AOS (AOSgaz), mais produit des composés organiques oxygénés, qui sont hydrosolubles (comme la méthacroléine, la methylvinylcétone, l’hydroxyacétone, …). Ces produits peuvent mener à la formation de quantités importantes d’AOS, après avoir subi des processus photochimiques multiphasiques dans les nuages (AOSnuage). Aussi, si l’on tient compte de la présence des nuages, les flux d’émissions importants d’isoprène peuvent induire la formation de quantités significatives d’AOS. Cela peut donc modifier les rendements connus de production des AOS à l’échelle globale, et leur impact sur la qualité de l’air et sur le climat. Le choix de l’isoprène est donc extrêmement pertinent pour cette étude. Les quantités d’AOS formés dans l’atmosphère par ces processus seront estimées grâce à une approche expérimentale intégrée (comprenant le couplage entre la photochimie et les cycles evapo-condensation des nuages) complétée d’un modèle de parcelle d’air, et d’un modèle méso-échelle simulant des épisodes nuageux réels. Le modèle méso-échelle résultant apportera de solides bases pour l’implémentation dans des modules de modèles à plus grande échelle de la chimie atmosphérique pour une appréhension globale de la qualité de l’air et du changement climatique. L’étude des interactions entre les composés organiques et les processus physico-chimiques des nuages en est à ses balbutiements et devrait bénéficier d’une étude circonstanciée.