Contribution des sources d'aérosols carbonés en Europe

Carbonaceous Aerosol Source Apportionment in Europe

• Auteur / Autrice : Mohamed Gherras
• Direction : Valérie Gros
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Inscription en doctorat le 21/11/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de l'environnement d'Île-de-France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement - DRF
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Chimie Atmosphérique Expérimentale (CAE)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)

Mots clés

Mots clés libres

Carbone suie

Qualité de l'air

Particules

Matière organique

Air quality

Particles

Organic Matter

Black carbon

Résumé

Les particules fines en suspension dans l'air ambiant (PM) constituent aujourd'hui un enjeu majeur de santé publique aussi bien qu'un facteur clé pour une meilleure compréhension des impacts environnementaux et climatiques liés aux activités humaines. Il apparait ainsi primordial de pouvoir déterminer leurs origines, permettant notamment d'établir des mesures de politiques publiques adéquates. En zone urbaine, les aérosols carbonés représentent une large fraction des PM, qu'ils soient émis directement dans l'atmosphère (e.g., chauffage résidentiel, transport routier, émissions industrielles) ou résultent de processus de formation secondaire à partir de précurseurs gazeux. Ces aérosols carbonés sont composés de carbone suie (générallement appelé carbone élémentaire ou black carbon, selon qu'il est mesuré à l'aide de méthodes thermiques ou optiques) et de matière organique, cette dernière composante pouvant représenter jusqu'à 80% de la phase particulaire atmosphérique. La présente thèse de doctorat vise tout d'abord à définir et tester différentes méthodologies de source apportionment du black carbon (BC), mesuré à partir d'aethalomètres multi-longueurs d'onde, et de la matière organique, mesurée à partir de spectromètres de masse pour aérosols (ACSM). Ces méthodologies font classiquement appel à des outils statistiques de type Positive Matrix Factorization (PMF), qui pourront être testées sur les différentes stations d'ACTRIS (infrastructure de recherche européenne). Il s'agira également d'explorer la pertinence de nouvelles méthodes (e.g., « machine learning ») ainsi que de combiner les résultats obtenus avec des simulations numériques à l'aide de modèle de chimie-transport, afin d'affiner la connaissance des sources et la compréhension des mécanismes de formation secondaire des aérosols carbonés à l'échelle européenne.

Fine particles suspended in the ambient air (PM) are today a major public health issue as well as a key factor for a better understanding of the environmental and climatic impacts of human activities. It is therefore essential to be able to determine their origins, in order to establish adequate public policy measures. In urban areas, carbonaceous aerosols represent a large fraction of PM, whether they are emitted directly into the atmosphere (e.g. residential heating, road transport, industrial emissions) or result from secondary formation processes from gaseous precursors. These carbonaceous aerosols are composed of soots (generally called elemental carbon or black carbon, depending on whether it is measured using thermal or optical methods) and organic matter, the latter component representing up to 80% of the atmospheric particulate phase. The LSCE is a historical player in international research on carbonaceous aerosols and has been associated with Ineris for a dozen years to set up an experimental platform for in situ observation of particles and reactive gaseous species, as well as a centre of expertise for automatic measurement of the chemical composition of PM (ACMCC). As part of its work, the ACMCC is actively involved in the H2020 'Green Deal' project RI-Urbans, in which it is responsible for the development and implementation of harmonised data transfer, qualification and processing procedures for the study of carbonaceous aerosol sources (source apportionment) in near-real time. The present PhD thesis aims first to define and test different methodologies for the source apportionment of black carbon (BC), measured with multi-wavelength aethalometers, and of organic matter, measured with aerosol mass spectrometers (ACSM). These methodologies typically use statistical tools such as Positive Matrix Factorization (PMF), which will be tested on the various ACTRIS stations. The relevance of new methods (e.g. machine learning) will also be explored, as well as combining the obtained results with numerical simulations using chemistry-transport models, in order to refine the knowledge of sources and the understanding of secondary formation mechanisms of carbonaceous aerosols on a European scale.