Axe 1 : Le devenir du carbone organique et son impact sur la production et l’évolution de l’aérosol organique secondaire

La matière organique représente une fraction importante de l’aérosol troposphérique et au sein de cette fraction organique, une part significative est d’origine secondaire c’est-à-dire issue de processus de conversion chimique. Ces processus transforment des composés chimiques volatils en des produits à faible pression de vapeur saturante qui, le cas échéant, peuvent condenser et/ou nucléer et former ainsi des Aérosols Organiques Secondaires (AOS).

Malgré une représentation de plus en plus détaillée de la production d’AOS, les modèles actuels sous-estiment systématiquement les masses d’aérosols produits de un à deux ordres de grandeurs. De plus, il a été montré que cet écart s’amplifie avec le vieillissement de la masse d’air. Ces désaccords résultent de la mauvaise compréhension des processus mis en jeu qui sont extrêmement complexes et variés (réactivité en phase gazeuse, réactivité hétérogène, transferts de phase, polymérisation (Figure 1)) ainsi que du très grand nombre de précurseurs gazeux.

Figure 1 : Interactions entre la phase gazeuse et les phases condensées dans l’atmosphère

Afin d’améliorer la compréhension des processus de formation et d’évolution de l’aérosol organique secondaire, le LISA a mis en œuvre des expériences de terrain, des études de laboratoire en chambres de simulation et de la modélisation. Plus précisément, il s’agit de :

  • Mesurer sur le terrain les COV précurseurs d’AOS. L’objectif de ces mesures est de permettre, en synergie avec les modèles et les simulations en chambre atmosphérique, de décrire l’évolution du carbone organique afin de déterminer les produits organiques majoritairement impliqués ou toujours non considérés dans la formation d’AOS (part anthropique/biogénique, primaire/secondaire) pour, à terme, en évaluer l’impact.
  • Développer des schémas chimiques fiables pour simuler la production d’AOS dans les modèles 3D. La démarche mise en oeuvre consiste à (i) élaborer un mécanisme détaillé dans lequel les étapes de formation de l’AOS sont traitées de façon explicite, (ii) évaluer ce mécanisme par confrontation aux expériences en chambre de simulation et (iii) utiliser ce mécanisme détaillé comme mécanisme de référence pour élaborer des schémas chimiques optimisés pour les modèles 3D. Le générateur de schémas chimiques explicites développé au LISA (GECKO-A) est utilisé pour cette étude.
  • Etudier les propriétés de l’AOS en fonction de ses sources et de son évolution par des expériences en laboratoire. Il s’agit en fait de relier les propriétés physico-chimiques de base dont la connaissance est indispensable à la quantification des impacts climatiques directs et indirects (propriété de diffusion, d’absorption, d’hygroscopicité) à l’ « histoire » de l’aérosol. Pour cela, des aérosols modèles sont générés et vieillis en chambre de simulation par exposition au rayonnement solaire, à des oxydants, à des hydrométéores, … (Figure 2).

Figure 2 : Formation d’aérosols organiques secondaires observée lors d’une expérience d’ozonolyse de l’a-pinène réalisée dans la chambre de simulation CESAM.