Contribution à l'étude des flux d'ozone dans la couche de surface

Contribution to the study of ozone fluxes in the surface layer

• Auteur / Autrice : Alain Labatut
• Direction : Jules Fontan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et chimie de l'environnement
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Turbulence atmosphérique

Troposphère

Ozone atmosphérique

Mots clés libres

Terre, ocean, espace

Résumé

La communaute scientifique porte un interet grandissant a l'ozone localise dans la troposphere, en premier lieu parce que sa concentration est en constante augmentation. Ce phenomene n'est pas sans risque sur la biosphere, puisque l'ozone est un puissant oxydant. L'ozone n'est pas emis directement dans l'atmosphere et sa concentration dans la troposphere resulte de l'importance relative des termes de production et de destruction d'ozone. Ce travail a porte sur la caracterisation du depot sec qui est le processus principal de destruction d'ozone (galbally et roy, 1980). Ce processus est fonction de la capacite des mouvements atmospheriques a transporter verticalement l'ozone des couches plus hautes vers la surface. Cet aspect est assure par la turbulence atmospherique. Une fois en contact avec la surface, la vitesse de destruction (resistance) de l'ozone depend des caracteristiques de la surface et du gaz. L'idee est donc de determiner une revue exaustive (modelisation) de la reactivite de chacun des gaz selon le type de surface concernee afin de modeliser le processus du depot sec. Cette modelisation est basee sur la determination du flux vertical de la substance. Pour cela, il existe differentes techniques de mesure et, parmi celles-ci, la methode des correlations apparait comme la plus naturelle et la plus fiable. Cette methode ne fait appel a aucun principe de similitude et, grace a l'analyse spectrale, nous possedons un puissant moyen de controle sur la validite des flux mesures. La methode des correlations repose sur la determination des fluctuations de la concentration et de la vitesse verticale. L'ecoulement dans la couche limite est defini par son caractere turbulent. Le flux vertical sera donc calcul sur tout le domaine en frequence ou se situent les fluctuations generees par la turbulence atmospherique. Nous avons tente de mettre en evidence la similitude spectrale et cospectrale entre les differents scalaires mesures (ozone, temperature, vapeur d'eau) lor s de quatre campagnes de mesure. Cette analyse a mis en evidence une zone localisee aux basses frequences du domaine spectral, ou l'information (densite d'energie) n'est pas attribuable aux echanges avec la surface. L'integration de cette information dans le calcul du flux vertical mesure peut fausser la valeur reelle. L'occurence et l'intensite de ce phenomene ont ete analysees pour les quatres campagnes de mesure. Nous proposons une methode de filtration qui decoule des observations sur la similitude spectrale. La derniere partie detaille les mesures de flux d'ozone effectuees lors de quatre campagnes terrain. Les quatre sites sont caracterises par le type de couverture en surface. Il s'agit d'un sol sans vegetation (saragosse, juillet 1992), d'une vegetation active (betteraves, spc, juin 1993) et peu active (bema, juin 1993), et d'une foret de pin (landes, juin 1992). En premiere approximation, le flux d'ozone au niveau de la surface est dirige soit vers le sol (decomposition thermodynamique de l'ozone), soit vers les stomates des vegetaux (assimilation de l'ozone lors des processus d'echange de la plante avec le milieu exterieur). De recents travaux contestent le role preponderant joue par l'activite stomatale au dessus d'un couvert vegetal et accordent une part importante au flux dirige vers le sol (massman, 1993 ; stocker et al. , 1993 ; van pul et al. , 1994). Les resultats de la campagne spc ont permis d'aboutir a une parametrisation du pourcentage du flux du a l'activite stomatale. Ces resultats montrent que la partition des flux d'ozone est une fonction lineaire du rapport de bowen. En l'absence d'activite vegetale et au dessus d'un sol sec presentant une faible resistance a la destruction d'ozone (saragosse), les flux d'ozone sont controles par la turbulence dynamique et convective. La vitesse de depot d'ozone normalisee par une echelle de vitesse caracteristique de la couche de surface est fonction de l'indice de stabilite (z/l). Une equation de similitude est proposee. Elle permet de retrouver les valeurs experimentales de la vitesse de depot avec une precision satisfaisante