Motivations

Les particules d’aérosols atmosphériques continuent de contribuer à la plus grande incertitude dans les estimations et interprétations du climat de la Terre. En substance, l’ampleur du forçage radiatif du aux aérosols est estimée à –0,45 (–0,95 à +0,05) W m – 2 pour les aérosols seuls et à –0,9 (–1,9 à –0,1) W m – 2 lorsque les rétroactions aérosol / nuage sont prises en compte. L’incertitude sur l’ampleur de ce forçage est encore très grande, bien que des progrès substantiels aient été accomplis dans la compréhension des processus liés aux aérosols ayant un impact sur le climat, tels que les nouveaux mécanismes de formation d’aérosols organiques secondaires, ou l’attribution de la source d’aérosols. Bien que les capacités de surveillance de l’aérosol se soient améliorées au cours des dernières décennies, tant par satellite que depuis le sol, que la production de données plus fiables se soient multipliées, il est nécessaire de maintenir et d’améliorer notre capacité d’observation afin de fournir des contraintes supplémentaires aux modélisations actuelles afin d’améliorer les prévisions de changement climatique.  Le programme global de surveillance de l’atmosphère (GAW) a pour objectif de mesurer sur le long terme les paramètres atmosphériques pertinents pour le climat, afin de détecter les tendances et aider à mettre en place des politiques efficaces de contrôle des émissions. En ce qui concerne les aérosols, GAW et sa composante européenne ACTRIS ont pour objectif de déterminer la distribution spatio-temporelle des propriétés des aérosols liées au forçage climatique et à la qualité de l’air à des échelles de temps multi-décennales et à des échelles spatiales régionales, hémisphériques et globales. L’une des principales difficultés du programme est l’aspect multivariable du forçage aérosol sur le climat: les propriétés optiques d’une population d’aérosols sont étroitement liées aux propriétés chimiques, physiques et hygroscopiques, ainsi qu’à la dépendance de ces paramètres en fonction de l’altitude.  L’objectif du GT2 ACTRIS-fr est d’assurer la mesure harmonisées sur différents sites de diverses altitudes des paramètres de l’aérosol pertinents pour le climat et la santé, avec la garantie d’un fonctionnement à long terme basé sur des opérateurs qualifiés,  un contrôle continu de la qualité des données et par l’amélioreration de leur utilisation par la communauté scientifique.

Sites de mesure (ou plateformes d’observation) 

o SIRTA
o P2OA
o COPDD
o OPE
o CHC
o MAIDO

Instruments

o CPC  (Condensation Particle Counter)
Compteur de particules dont le principe est le grossissement des particules atmosphériques dans des vapeurs de butanol pour qu’elles atteignent des tailles visibles par un détecteur optique lorsqu’elles interceptent un signal laser. La limite de détection en taille est de l’ordre de 10 nm, mais peut atteindre 5 nm pour certains modèles. Le CPC renvoi une concentration totale en nombre de particules dont le diamètre est supérieur à la limite de détection en taille.

o SMPS/DMPS (Scanning Mobility Particle Sizer ou Differential Mobility Particle Sizer)
Couplé à un CPC, une colonne de sélection des particules en fonction de leur mobilité électrique proportionnelle à leur taille permet en mode rampe continue (scanning) ou en mode « escalier » (differential) de fournir une distribution en taille du nombre de particules (ou granulométrie).

o OPC (Optical Particle Counter) ou OPS (Optical Particle Spectrometer)
Le passage des particules a travers un faiseau laser permet de retrouver par un code de mie la distribution en taille de la population de particules dont la taille est suffisante pour être vue optiquement. En général, le spectre de taille couvre la gamme 0,5-10 microns. Ces instruments sont utilisés pour étudier la distribution granulométrique des particules supermicroniques.

o Aethalometre ou MAAP (Multi Angles Absorption Photometer)
L’aethalomètre mesure la portion du rayonnement absorbée par les particules retenues sur un filtre (en transmission). Les longueurs d’onde de la lumière émise par l’instrument sont 370, 470, 520, 590, 660, 880 et 950nm. Le MAAP émet à 670 nm et fonctionnement sur le même principe, mais corrige la mesures d’absorption par les effets de diffusion multiples

o Néphélomètre
Le néphélomètre mesure l’intensité de diffusion des particules à 3 longueurs d’onde, à la fois intégrée sur les angles latéraux (angles de diffusion) et intégrée sur les angles arrières (angles de retro-diffusion). Les particules sont amenées dans une cavité illuminée par les faisceaux laser à ces trois longueurs d’onde (généralement 450, 550 et 700 nm).

o Set d’échantillonnage de l’aérosol sur filtres (Quartz et Téflon)
La mesure de la composition chimique de l’aérosol peut se faire à partir de l’échantillonnage de l’aérosol sur filtre, a l’aide un porte-filtre (pouvant accueillir des filtres en Quartz et Téflon selon l’analyse ultérieure), une pompe et un compteur volumétrique permet d’enregistrer le volume d’air échantillonné. L’analyse des filtres peut être faite ensuite par chromatographie ionique (après extraction des particules dans un volume d’eau) pour la détection des composés inorganiques solubles (Sulfate, nitrate, ammonium, chlore, sodium, calcium, magnésium), ou par une méthode thermo-optique qui détecte la quantité de CO2 émise lorsque le filtre et les particules sont brulés avec une rampe de température permettant la détection des  composés organiques et le carbone élémentaire.

o ACSM
L’échantillonnage l’air contenant les particules d’aérosol est effectué en continu. Grace à une lentille aérodynamique, les particules sont concentrées en faisceau puis introduites dans des chambres maintenues sous vide par 3 turbopompes. Elles sont ensuite vaporisées lors de leur impact sur une surface en forme de cône inversé, chauffée à 600 ° C, et les molécules volatilisées sont ionisées par impact électronique (70 eV). Ces ions seront détectés par l’analyseur de masse TOF permettant la caractérisation des différentes espèces en obtenant des spectres de masse / charge.

Variables

  • Concentration totale en nombre de particules (# cm-3)
  • Distribution en taille des particules submicroniques : dN/dLogDp (# cm-3) vs Dp (nm)
  • Distribution en taille des particules supermicroniques : dN/dLogDp (# cm-3) vs Dp (micron)
  • Coefficient d’absorption des particules (Mm-1)
  • Coefficient de diffusion des particules (Mm-1)
  • Concentration massique en espèces inorganiques solubles majeures (sulfates, nitrates, chlore, ammonium, sodium, calcium magnésium) (mg m-3)
  • Concentration massique en carbone organique (mg m-3)
  • Concentration massique en carbone élémentaire (mg m-3)
  • Concentration massique en espèces chimiques non réfractaires à 600°C (sulfate nitrate ammonium, chlore non réfractaire, composés organiques primaire, composés organiques oxidés) (mg m-3)
  • Concentration en noyaux de condensation nuageuse (CCN) (# cm-3)

QC-QA

Le QC-QA de la distribution en taille submicronique et supermicronique, coefficients d’absorption et de diffusion, contenu en carbone organique et élémentaire, composition chimique par spectrométrie de masse (ACSM) et concentration en CCN sont effectués selon les recommandation européennes ACTRIS. En particulier le QC-QA de la chimie en ligne est effectué par l’ ACMCC

Filière de traitements 

En cours

Highlights

o CCRES : campagne / résultats