Contraintes isotopiques sur les processus d’oxydation et de formation des aérosols en milieu urbain polaire

Sarah Albertin (2020-2022)

Direction : Slimane Bekki (LATMOS) et Joël Savarino
Financement : Bourse ministérielle

Cette thèse s’inscrit dans le projet international ALPACA-CASPA dont l’objet est d’étudier les pollutions urbaines en milieu polaire. ALPACA-CASPA traite de questions clés sur les processus régissant la formation, la composition et la distribution des aérosols en Arctique (provenant de sources locales et éloignées) afin de réduire les incertitudes dans les prévisions concernant l’oxydation des précurseurs d’aérosols, la formation et l’impact des aérosols sur la composition particulaire de l’Arctique et son climat. L’accent est mis sur l’hiver et le début du printemps lorsque les émissions anthropiques, y compris les sources locales Arctiques, contribuent à la ‘brume’ arctique. De nouvelles données de terrain (in situ, télédétection), des analyses isotopiques en laboratoire, des analyses d’observations existantes et de la modélisation atmosphérique serviront à mieux caractériser, comprendre et simuler les sources et cycles des aérosols arctiques ainsi que la dynamique de la couche limite. Les évaluations des impacts actuels et futurs des sources anthropiques d’aérosols sur le climat de l’Arctique en seront améliorées. CASPA regroupe 7 groupes français complémentaires travaillant sur la chimie, la dynamique et la géochimie de l’atmosphère. ALPACA regroupe l’ensemble des équipes internationales impliquées dans le projet.
L’objet de ce travail de thèse consistera à contraindre les mécanismes d’oxydation des espèces chimiques, notamment des oxydes d’azote, et de formation des aérosols de nitrate et sulfate en utilisant les outils issus de la chimie des isotopes stables et notamment ceux des anomalies isotopiques de l’oxygène. Il s’agira dans un premier temps de mettre en place un système de collecte des oxydes d’azote afin de pouvoir analyser leurs compositions isotopiques. Dans un deuxième temps, des tests reproduisant les conditions atmosphériques seront conduits dans la chambre de simulation atmosphérique. Enfin, des collectes d’échantillons naturelles seront conduits à Fairbanks (Alaska), site expérimental choisi pour étudier la pollution urbaine Arctique. Les données obtenues seront interprétées à la lumière des études en chambre de simulation, des mesures in situ produites par les autres équipes et de la modélisation photochimique de boite (incluant un schéma des isotopes des espèces azotées).
Le projet est en partie soutenu par le programme ALPACA qui est déjà financé par l’IPEV et LEFE donnant accès aux régions polaires. Le volet de chimie isotopique du programme est le résultat d’une collaboration très étroite entre le LATMOS et l’IGE. Ce travail est une partie intégrante de la tâche « chimie réactive par l’approche isotopique » du projet ALPACA-CASPA.

Mots clés : chimie atmosphérique, régions polaires, analyses isotopiques, terrain, laboratoire, chambre de simulation