Formation des aérosols organiques et inorganiques en Méditerranée

Le but de cette these est de comprendre les origines et les processus de formation des aerosols organiques (AO) et inorganiques (AI)en Mediterranee durant differentes saisons en utilisant le modele de chimie-transport de la plateforme de la modelisation de la qualite de l'air Polyphemus. Dans le cadre du projet de recherche ChArMEx (Chemistry Aerosol Mediterranean Experiment), des mesures des concentrations des aerosols et de leurs proprietes ont ete conduites a la station ERSA du Cap Corse (ile de la Corse, France) dans le bassin ouest de la Mediterranee pendant les etes 2012 et 2013 et l'hiver2014. Ce travail de these a egalement beneficie de mesures effectuees durant des vols avions au-dessus de la Mediterranee pendant l'ete 2014.Le modele est evalue pendant les differentes periodes simulees et des processus/parametrisations ont ete ajoutes ou modifies afin d'avoir de bonnes comparaisons modele/mesures pour les concentrations et les proprietes des aerosols. Des etudes de sensitivite a la meteorologie, aux emissions anthropiques et aux emissions marines, en plus des differents parametres d’entree du modele sont conduites pour comprendre les origines des aerosols. La parametrisation des emissions de sels marins est choisie de maniere a avoir de bonnes comparaisons aux mesures de sodium, qui est un compose non volatil emis principalement par les sels marins. Grâce a une parametrisation qui estime la fraction organique des emissions marines a partir de la chlorophylle-a montre que les organiques marins contribuent a moins de 2% des AO. L'evaluation du modele montre l'importance de la description des emissions des bateaux pour la modelisation des concentrations du sulfate et des AO. Cependant, les hypotheses faites dans la modelisation de la condensation/evaporation ont beaucoup d'impact sur les concentrations simulees de nitrate et d'ammonium (equilibre thermodynamique, etat de melange). Pendant les etes 2012 et 2013, les AO sont principalement d'origine biogenique, ce qui est bien reproduit par le modele. Les mesures enregistrent d'importantes concentrations d'AO hautement oxydes et oxygenes. Pour que le modele reproduire non seulement les concentrations, mais egalement les proprietes d’oxydation et d'hydrophilicite des AO, trois processus de formation d'aerosols organiques secondaires (AOS) a partir de monoterpenes sont ajoutes au modele: l'autoxidation qui induit la formation de composes organiques d'extremement faible volatilite, un mecanisme de formation du nitrate organique, et un mecanisme de formation d'un produit d'oxydation de deuxieme generation. Les etats d'oxydation et d'oxygenation des AO a Ersa sont bien simules en supposant de plus la formation d'organosulfates. Des simulations hivernales montrent que les AO y sont principalement d'origine anthropique. Bien que les emissions des composes organiques semi-volatils et de volatilite intermediaire (COVIS) qui sont manquants dans les inventaires d'emissions influencent peu les AO en ete, leur influence est dominante en hiver. La contribution du secteur du chauffage residentiel pendant la saison froide s'avere tres importante. Differentes descriptions et parametrisations des emissions et des schemas de vieillissement des COVIS sont ajoutees au modele, c-a-d distribution de volatilite a l'emission, schema a une etape d'oxydation vs schema a plusieurs etapes d'oxydation et la prise en compte de composes organiques volatils non-traditionnels(COVNT). Bien que le modele reproduise bien les concentrations des AO, les etudes de sensibilite revelent que la distribution de volatilite a l'emission influence beaucoup les concentrations des AO. Neanmoins, les etats d'oxydation et d'oxygenation de ces derniers restent sous-estimes par le modele pendant l'hiver quelque soit la parametrisation utilisee, ce qui suggere la necessite d'ajouter au modele d'autres mecanismes de formation des AOS a partir des precurseurs anthropiques (autoxidation, formation du nitrate organique)