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OSUG - Terre Univers Environnement

Chimie des espèces réactives et leur rôle sur la capacité oxydante en régions polaires

Albane Barbero (2018-2021)

21 février 2018

Directeurs : Roberto Grilli et Joël Savarino
Financement : bourse ministérielle

Les régions de hautes latitudes Sud présentent des spécificités très importantes pour les interactions entre chimie atmosphérique et climat. Ces régions sont particulièrement vulnérables face aux changements globaux (apparition du « trou » d’ozone, changement de couverture de glace de mer, modifications des régimes de précipitation, variation d’albedo, etc). Contrairement aux autres régions du globe, l’Antarctique est toujours considéré comme un environnement naturel très peu influencé par les émissions anthropiques, et constitue de fait le dernier laboratoire naturel à l’une échelle continentale. Pour comprendre l’impact du changement climatique sur les équilibres fragiles de ces régions, il est nécessaire d’accroître nos connaissances des processus fondamentaux gérant leur fonctionnement. Le désir de comprendre le fonctionnement de la machine climatique a motivé des investissements importants dans l’obtention et l’interprétation des enregistrements glaciaires, véritables trésors pour notre compréhension des boucles de rétroactions climat-atmosphère dans le passé (les 740 000 dernières années).
Les espèces réactives (oxydes d’azote NOx, radicaux hydroxyle OH et peroxyde HO2, RO2, oxydes d’halogène BrO, IO) jouent un rôle clef malgré leurs temps de vie extrêmement courts dans l’atmosphère en contrôlant la capacité oxydante et la chimie de l’atmosphère de des régions polaires. Cependant des questions fondamentales sur le contrôle que peuvent exercer ces espèces sur ces atmosphères restent ouvertes et controversées. Dans ce cadre, le sujet de cette thèse vise principalement à résoudre les deux problématiques suivantes :

  1. Quels rôles les radicaux halogénés XO jouent-ils en régions côtières mais aussi sur le plateau antarctique ? Quels sont leurs concentrations ? Comment la glace de mer (à la côte) et la chimie de la neige (sur le continent) influence leur abondance dans l’atmosphère ? Y a-t-il une différence de chimie atmosphérique entre l’Ouest et l’Est de la côte Antarctique comme le suggère des publications récentes, avec une chimie contrôlée par les NOx à l’Est et par XO à l’Ouest ? Quels sont les puits et sources de XO et comment participent ils à la formation de l’aérosol atmosphérique ?
  2. Quel est le rapport NO2/NO sur le plateau Antarctique ? Pour répondre à cette question, il s’agira de contraindre les concentrations de NOx sur le plateau Antarctique. Si la source de NOx par le manteau neigeux est bien établie, exerçant un contrôle très prononcé sur des espèces comme O3, OH, RO2, (ce que l’on appelle la capacité oxydante de l’atmosphère), il n’en est rien du rapport NO2/NO de l’atmosphère. Des mesures précédentes dans le cadre des projets SUNITEDC et OPALE (2011/2012) ont montré des rapports NO2/NO mesurés jusqu’à quatre fois supérieures à ceux pouvant être expliqués par les concentrations de RO2 et BrO. Il est fort possible que ce biais soit le fruit d’une interférence de mesure, bien que d’autres indicateurs comme les isotopes stables de l’oxygène laissent supposer à contrario une connaissance incomplète de la chimie des NOx sur le plateau Antarctique. Il est donc primordial de pouvoir lever cette ambiguïté sur le rapport NO2/NO, tant cette mesure conditionne le budget des HOx, RO2 et O3.

Mots clés : chimie, atmosphère, neige, Régions Polaires, azote, halogènes, oxydants.