Experimental investigation of heterogeneous nucleation of ice in remote locations

La nucleation heterogene de la glace est un processus, entre autres, qui concerne les phenomenes complexes de l'Atmosphere terrestre, cependant son impact est determinant pour les proprietes et le temps de vie des nuages : ce processus affecte l'epaisseur optique et la duree de vie des nuages en phase mixte et froide et il est responsable d'une proportion significative des precipitations a l'echelle mondiale. La nucleation heterogene de la glace est liee a la presence de particules d'aerosol specifiques, nommees noyaux glacogenes (acronyme INP depuis l’anglais), avec la propriete de reduire l’energie de seuil exigee pour la formation des cristaux de glace, et dont le role est influent pour des temperatures de nuage >-38 °C. Dans les dernieres decennies, des avancements significatifs ont ete faits dans la description des noyaux glacogenes, cependant leur comprehension reste incomplete et ceci influence les incertitudes sur les estimations de forcage radiatif dans les modeles climatiques. Il manque un grand nombre d’observations sur les distributions et propriete des 'INP' a l’echelle globale, specialement en region eloignee. Dans la premiere partie de cette these, sont presentees des mesures de noyaux glacogenes faites a l'Observatoire Climatique Italien "O. Vittori" sur la Montagne Cimone (2165 m au-dessus du niveau de la mer), pendant le printemps 2014 et l’automne 2015, sous les projets Bacchus et Air Sea Lab. Pour la premiere fois des mesures de INP hors ligne, relies a un site de haute altitude du bassin mediterraneen sont presentees. Pendant la periode du 19 au 29 mai 2014, une autre campagne a eu lieu en parallele a la station San Pietro Capofiume, un site rural de basse altitude dans la Vallee du Po. Pendant quelques jours, les deux campagnes ont ete concernees par un phenomene de Transport de Poussiere Saharienne, qui a ete enregistre simultanement dans la station de bas et de haute altitude. Nous avons examine la concentration atmospherique de INP actives a travers une congelation par condensation de vapeur (a -18°C et au-dessus de la pression de vapeur saturante). Dans la deuxieme partie de cette these, sont presentees les observations qui ont ete menees pendant la campagne arctique Parcs-Maca, dans la periode de transition entre la nuit polaire et le jour polaire. Pour la premiere fois on reporte la caracterisation des proprietes glacogenes et physiques/chimiques de l’aerosol marin primaire Arctique, dans une approche de generation controlee en laboratoire, qui a ete combinee a une experience de mesocosm. Le but de l'experience de mesocosm etait d'adopter une approche pluridisciplinaire afin d’etudier l'effet de la pollution marine sur les emissions marines. Nous avons trouve une diminution moderee mais significative de la concentration de noyaux glacogenes dans l'eau de mer polluee (par rapport a l'eau de mer du controle) pour des noyaux glacogenes actives en congelation par immersion entre -8.5 et -19 °C. En ce qui concerne le spray marin, nos mesures indiquent une relation parmi les INP actifs a des temperatures chaudes (en congelation par immersion et au-dessus de -15 °C) et un enrichissement du Calcium detecte dans les filtres PM1 (suivi par un apparent epuisement du Chlorure). Sur la base de nos observations et des resultats publies en litterature, quelque indication a ete suggere sur la nature de ces noyaux glacogenes marins. En conclusion, les mesures effectuees dans cette these fournissent des nouvelles informations sur les concentrations de noyaux glacogenes pour des particules d’aerosols en regions eloignees (un observatoire a haute altitude dans la region mediterraneenne centrale) et par rapport a une source specifique (le spray marin Arctique).