Influence des émissions anthropiques sur la formation d'aérosol organique en fonction des caractéristiques physico-chimiques de l'environnement

par Zhizhao Wang

Projet de thèse en Sciences et Techniques de l'Environnement

Sous la direction de Karine Kata sartelet.

Thèses en préparation à Marne-la-vallée, ENPC , dans le cadre de École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement , en partenariat avec CEREA (laboratoire) depuis le 01-11-2019 .


  • Résumé

    Les aérosols atmosphériques ont un impact sur la qualité de l'air et le climat. Les composés organiques représentent une grande partie des aérosols. Les aérosols peuvent également être formés à partir de précurseurs d'origine biogénique (formés par l'oxydation de composés organiques volatils de la végétation) et d'origine anthropique. De nombreux phénomènes complexes interviennent dans la formation de l'aérosol organique (partition gaz / particules de composés semi-volatils influencés notamment par l'effet de la viscosité, chimie gazeuse ou aqueuse complexe et non linéaire, propriétés hydrophiles ou hydrophobes des composés, oligomérisation , etc ...). En raison du manque de connaissances sur ces processus, les modèles de chimie-transport (CTM) utilisent souvent des paramétrisations très simples qui ne représentent pas tous ces phénomènes. En outre, de nombreuses études suggèrent une dépendance complexe de la formation d'aérosols organiques aux concentrations de radicaux (HO2, RO2, OH), d'ozone, d'oxydes d'azote NOx, mais également aux concentrations d'aérosols inorganiques. Bien que l'on estime que les concentrations d'aérosols organiques biogènes pourraient diminuer à l'avenir, en particulier dans les zones rurales ou périurbaines où les concentrations d'oxydant devraient diminuer, cette estimation peut être inexacte en raison de la simplification apportée à la modélisation des processus de formation des aérosols organiques. Ainsi, la réduction des émissions anthropiques pourrait potentiellement conduire à des réductions plus ou moins importantes, voire à une augmentation des concentrations d'aérosols organiques biogènes. Il est donc essentiel d'améliorer la représentation de ces processus dans les modèles de qualité de l'air. Les études récentes montrent que la méthodologie utilisée pour développer la paramétrisation de la formation des aérosols à partir de données expérimentales (obtenues dans les chambres de simulation atmosphérique) ne prend pas en compte de manière adéquate la faible volatilité des aérosols organiques ainsi que l'effet de la viscosité (qui influence les processus de condensation / évaporation de composés organiques). Ces études remettent en question les mécanismes de formation d'aérosols organiques utilisés dans les modèles d'évaluation des scénarios de réduction des émissions.

  • Titre traduit

    Influence of anthropogenic emissions on organic aerosol formation depending to the physico chemical characteristics of the environment


  • Résumé

    Atmospheric aerosols have an impact on air quality and climate. The organic compounds represent a large fraction of aerosols. Aerosols can also be formed from precursors of biogenic origin (formed by the oxidation of volatile organic compounds from vegetation) and anthropogenic origin. Many complex phenomena are involved in the formation of the organic aerosol (gas / particle sharing of semi-volatile compounds influenced in particular by the effect of viscosity, complex and non-linear gaseous or aqueous chemistry, hydrophilic or hydrophobic properties of the compounds, oligomerization, etc ...). Because of the lack of knowledge about these processes, Chemistry-Transport Models (CTM) often use very simple parameterizations that do not represent all of these phenomena. In addition, numerous studies point to a complex dependence of organic aerosol formation on the concentrations of radicals (HO2, RO2, OH), ozone, NOx nitrogen oxides, but also on inorganic aerosol concentrations. Although it is estimated that biogenic organic aerosol concentrations may decrease in the future, particularly in rural or peri-urban areas where oxidant concentrations are expected to decrease, this estimate may be inaccurate due to simplifications made in the modeling of formation processes of organic aerosols. Thus, the reduction of anthropogenic emissions could potentially lead to more or less significant reductions or even increases in biogenic organic aerosol concentrations. It is therefore essential to improve the representation of these processes in air quality models. Recent studies show that the methodology used to develop aerosol formation parameterizations from experimental data (obtained in the atmospheric simulation chambers) does not adequately take into account the low volatility of organic aerosols as well as the effect of viscosity (which influences the condensation / evaporation processes of organic compounds). These studies call into question the mechanisms of organic aerosol formation used in models to evaluate emission reduction scenarios.