Projet ANR-14-CE01-0003 – CHAIN : Caracterisation des nuclei de glace atmospherique
Programme : Innovation technologique pour analyser, remédier ou réduire les risques environnementaux	 (DS0102)
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Madame Evelyn Freney (Laboratoire de Météorologie physique LaMP)
Partenaires : Laboratoire public
Montant : 222664.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 60 mois
Résumé : CHAIN - Characterisation of atmospheric ice nuclei Ice crystal formation and occurrence in high altitude clouds is still a large source of uncertainty in atmospheric models and is important to assess the radiative impact of clouds as well as predicting the intensity and frequency of precipitation events. The principal objectives of this project are to develop and construct a sampling chamber that is capable of replicating atmospheric conditions to form ice crystals.
The general objective  of this project is to construct a portable and robust ice nucleation chamber for use in both ground and airborne experimentsThe principal objectives of this project are to develop and construct a sampling chamber that is capable of replicating atmospheric conditions to form ice crystals. Ice crystal formation and occurrence in high altitude clouds is still a large source of uncertainty in atmospheric models and is important to assess the radiative impact of clouds as well as predicting the intensity and frequency of precipitation events. This chamber will allow us to improve our understanding on the chemical and physical properties of ice crystal residues, and better understand their formation in the atmosphere. We will achieve these objectives through collaboration with the atmospheric physics group at Eidgenössische Technische Hochschule, ETH) ETH in Zurich. We will deploy the newly constructed chamber at the puy de Dome research site alongside several online and offline instrumentation over extended periods of time, allowing us to characterise how different atmospheric environments, meteorological conditions, and anthropogenic aerosols influence ice crystal formation. Two additional objectives of this proposal are 1) to construct a mixing chamber to be used in front of the IN chamber so to understand how different atmospheric environments can influence the formation of ice crystals, and 2) to develop a detector that is capable of differentiating between ice crystals and cloud droplets. The results from ambient and laboratory environments will be implemented into the LaMP numerical models to better understand the ice nucleation processes.
The cooling system incorporates stirling compressors, an environmentally friendly method for refrigeration.. Ces refroidisseurs fonctionnement en circuit fermé et utilisent de l’hélium comme gaz de cycle. Ces refroidisseurs sont donc complètement inertes, le gaz de cycle est ininflammable et donc en accord avec les règles d’utilisation embarquées
Résumé de la soumission : Il ya encore de grandes incertitudes associées aux effets indirects des particules d'aérosols (IPCC, 2007) dans l'atmosphère. Cependant, le couplage entre les mesures des aérosols in situ et des modèles computationnels continuer à améliorer notre compréhension de la formation et les effets radiatifs des nuages dans l'atmosphère (Flossman et Wobrock, 2010). Nuages contiennent à la fois de l'eau liquide et de cristaux de glace, à la fois, qui ont des effets radiatifs et nécessitent thermodynamique différent, cinétique et les propriétés physiques pour exister. En dépit de leur présence dans la haute troposphère, la formation des nuages de glace reste l'un des processus les moins comprises dans l'atmosphère et l'une des plus grandes incertitudes dans la prévision des changements climatiques. Un nombre croissant d'études portent à essayer de comprendre la relation entre les propriétés physiques et chimiques des particules d'aérosols et de leur capacité à agir comme des noyaux de glace.Les objectifs principaux de la physique Laboratoire de Météorologie sont d'étudier les particules atmosphériques et des gaz, et leurs interactions chimiques et physiques avec des gouttelettes de nuage. Ces objectifs sont atteints grâce à la recherche d'une combinaison de mesures in situ et des études de modélisation. Nos études sur les nuages se concentrent sur les deux gouttelettes de phase aqueuse et cristaux de glace avec des mesures in situ sont fabriqués à bord de plates-formes aériennes et à la station du puy de Dôme recherche. Actuellement, le PdD est considéré comme le plus éminent laboratoire français dans la glace nuage de recherches expérimentales ainsi que d'être reconnu internationalement pour sa capacité à liquide modèle en phase mixte et nuages de glace. Cette proposition est axée sur la formation de cristaux de glace compréhension dans l'atmosphère, et de caractériser les propriétés chimiques et physiques des résidus de cristaux de glace.• L'objectif principal de ce projet de recherche pour compléter la plate-forme instrumentale, grâce à la construction d'une nucléation de la glace (IN) de chambre qui, d'une part, être capable d'échantillonner les particules d'aérosols ambiants dans des environnements qui permettent la formation de cristaux de glace. Deuxièmement, il sera capable d'introduire des particules d'aérosols artificiels dans la chambre de sorte que la dépendance de la capacité de nucléation de la glace sur la composition des aérosols, de la morphologie et de la concentration peut être déterminée dans différents environnements atmosphériques (pollution vs arrière-plan).• Le deuxième objectif de ce projet est de réaliser à long terme des mesures in situ pour essayer de comprendre les conditions météorologiques et les caractéristiques physiques et chimiques des particules d'aérosols requises pour agir comme des noyaux de glace. Nous prévoyons atteindre cet objectif à travers le couplage de la chambre IN en utilisant une combinaison d'instruments en ligne (spectromètre de masse d'aérosol, de numérisation calibreurs de mobilité de particules) et des instruments hors ligne tels que la microscopie électronique sur le site du puy de Dôme recherche. Cette combinaison d'instruments nous fournir des informations détaillées sur les produits chimiques et les propriétés physiques des aérosols ainsi que d'obtenir des informations plus détaillées sur l'état de particules de mélange et de la morphologie grâce à des mesures de microscopie électronique.La combinaison de l'IN chambre et les mesures en ligne / hors ligne nous permettra de caractériser les propriétés chimiques et physiques des résidus de cristaux de glace. Une fois que nous comprenons les propriétés physiques et chimiques requises pour former un cristal de glace nous pouvons commencer à prévoir leur formation dans l'atmosphère. De plus, avec cette information, nous pouvons commencer à quantifier les effets anthropiques sur la glace la formation des nuages.
Résultats : Numerical simulations have been performed that allow us to understand the processes occuring within the chamber. These simulation results will allow us not only to better design and understand the CHAIN chamber but the results can also be applied to other IN chambers. The innovative cooling system has been constructed, however the remaining parts of the chamber are still in construction.
Perspectives : Ce système pourra donc être reproduit et proposé commercialement en remplacement de groupes frigorigènes dans les applications embarqués. De façon plus générale il s’agit d’une application importante pour montrer qu’on peut remplacer les systèmes utilisant des gaz à effet de serre par des refroidisseurs non polluants. Ce principe peut être reproduit pour de nombreux systèmes utilisant encore des fluides frigorigènes.
Publications et brevets : 1.	 International Commission on Clouds and Precipitation (ICCP), 25th – 29th of July 2016 POSTER: CHAIN: Newly improved portable IN chamber for better characterisation of atmospheric IN