Une étude approfondie de la composition des aérosols stratosphériques par ballons : aperçu des émissions asiatiques, des éruptions volcaniques et des incendies de forêt

A comprehensive study of balloon-borne stratospheric aerosol compostion : formed by asian emissions, volcanic eruptions, and wildfires

• Auteur / Autrice : Hazel Vernier
• Direction : Gwenaël Berthet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'Univers
• Date : Soutenance le 19/10/2023
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique et chimie de l'environnement et de l'espace (Orléans ; 2012-...)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Guimbaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : William L. Smith, Nelson Bègue
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Joël Savarino, Slimane Bekki
• DOI : 10.70675/4fb7cca6z7da1z4063z8b26za05ac5f353fe

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aérosols atmosphériques

Effets du feu

Effets des éruptions volcaniques

Microphysique

Télédétection

Propriétés physico-chimiques

Ballons-sondes

Mots clés libres

Analyse en laboratoire

BATAL

Bravo

Aérosols stratosphériques

Laboratory analysis

BATAL

BraVo

Stratospheric aerosols

Résumé

Les aérosols atmosphériques ont un impact significatif sur la physique et la chimie de l’atmosphère en interagissant avec les rayonnements solaires et IR et en participant à de multiples réactions chimiques.Ils jouent également un rôle crucial en tant que noyaux pour la formation de gouttelettes de nuages et de cristaux de glace. Les aérosols d’origine humaine ont un effet de refroidissement qui contraste avec l’effet de réchauffement des gaz à effet de serre, comme le souligne le rapport du GIEC de 2013. Caractériser les propriétés optiques, microphysiques et chimiques des aérosols permet de mieux comprendre leur origine,leur histoire et leurs implications potentielles pour l’environnement et la santé humaine. La stratosphère,une composante importante du système climatique de la Terre, a subi des changements notables en raison de la pollution atmosphérique, de l’appauvrissement de la couche d’ozone et des altérations de la circulation, ce qui pose des défis à la recherche. Cette thèse analyse les effets des éruptions volcaniques,des émissions anthropiques en Asie et des émissions de feux de forêt sur la composition chimique de la couche d’aérosols stratosphériques, en se concentrant spécifiquement sur les impacts sur la population d’aérosols au cours de trois campagnes de terrain : BATAL, Bravo et REAS. Des collecteurs d’aérosols embarqués sous ballons, des compteurs optiques de particules et d’autres instruments ont été utilisés pour explorer les propriétés chimiques, microphysiques et optiques de différentes couches d’aérosols. Les résultats ont été comparés aux données satellitaires afin de faire la lumière sur les sources des aérosols et leur mécanisme d’évolution. L’analyse des masses d’air et les simulations de modèles ont permis de mieux comprendre le transport et la distribution de ces aérosols.

Atmospheric aerosols have a significant impact on the physics and chemistry of the atmosphere by inter-acting with solar and IR radiations and by participating in multiple chemical reactions. They also playa crucial role as nuclei for cloud droplet and ice crystal formation. Understanding the characteristics ofaerosol optical, physical, and chemical properties provides insights into their origin, history, and potential implications for the environment and human health. The stratosphere, an important component of Earth’s climate system, has undergone notable changes due to atmospheric pollution, ozone depletion and circulation alterations, posing research challenges. This Ph.D. thesis analyzes the effects of volcanic eruptions, anthropogenic emissions in Asia, and wildfire emissions on the chemical composition of the stratospheric aerosol layer, specifically focusing on the alterations in aerosol population during three field campaigns: BATAL, BraVo, and REAS. Balloon-borne aerosol collectors, optical particle counters, andother instruments were used to explore the chemical, physical, and optical properties of different aerosollayers. The results were compared with satellite data to illuminate the source and evolution. The analysis of air masses and model simulations provided insights into the transport and distribution of these aerosols.