IDENTIFICATION DES SOURCES ET DES FLUX DE POUSSIÈRES ATMOSPHÉRIQUES À L'ÉCHELLE DU BASSIN AMAZONIEN

Identification of dust aerosol sources and fluxes at the scale of the Amazon Basin

• Auteur / Autrice : Léa Collignon
• Direction : Cécile Quantin
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences Paris Saclay
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Altérations - ALTS
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)

Mots clés

Mots clés libres

Poussières

Géochimie

Bassin amazonien

Isotopes radiogéniques (Sr-Nd-Pb)

Radiogenic isotope systems (Sr-Nd-Pb)

Aerosol dust

Geochemistry

Amazon Basin

Résumé

En Amérique du Sud, et plus précisément dans le bassin amazonien, le rôle des apports de poussières atmosphériques semble crucial pour expliquer la persistance de la forêt amazonienne depuis des millions d'années bien que celle-ci se développe sur des terrains fortement altérés et donc dépourvus de nutriments. En effet, ces poussières agissent telles des sources d'éléments bio-essentiels comme le phosphore (P), le potassium (K) ou le fer (Fe) par exemple, et agissent donc sur leurs cycles biogéochimiques respectifs. Le projet de doctorat se concentre sur la détermination des principales sources de poussières nord-africaines atteignant le bassin amazonien grâce à un échantillonnage de poussières collectées sur des filtres dans deux observatoires ; le site côtier ATMO à Cayenne, en Guyane française et l'Amazon Tall Tower Observatory (ATTO), une tour de 300 m de haut, située dans un endroit isolé à 150 km au nord-est de Manaus, au Brésil. La répartition des sources et les estimations de flux élémentaires seront effectuées en combinant les mesures géochimiques et isotopiques radiogéniques (Sr-Nd-Pb) sur la poussière collectée, complétées par des analyses sur site (concentrations en PM10), des observations minéralogiques, des images satellitaires (CALIPSO) et des rétro-trajectoires de masses d'air (HYSPLIT). Préalablement à ce travail, une amélioration méthodologique sera nécessaire pour caractériser l'importance des composantes marines, anthropiques et naturelles que l'on retrouve dans les poussières collectées. Des filtres collectés à ATTO pendant la saison active de 2019 (janvier-mai) sont déjà disponibles pour lancer le projet. Des campagnes d'échantillonnage à long terme sont prévues au sein des deux observatoires ATMO et ATTO, dans le cadre d'une collaboration impliquant des partenaires locaux (ATMO Guyane, Université de São Paulo) et internationaux (Institut Max Planck de Chimie de Mayence, Allemagne et Université de Miami, Etats-Unis) pour la période 2024-2025 et pour plusieurs saisons actives successives (2024-2026). L'échantillonnage simultané permettra d'estimer la diminution du flux de poussière avec la continentalisation des masses d'air et de définir son impact potentiel sur la signature chimique et isotopique de la poussière transmise au sein du bassin. Cette bourse de doctorat fait partie d'un projet plus vaste (projet EVIDAM), soumis à l'ANR (actuellement en phase 2 de sélection du programme JC-JC) et qui évaluera l'impact de tous les dépôts atmosphériques (humide, sec, poussière, combustion de la biomasse) à l'échelle du bassin amazonien.

In South America and particularly within the Amazon Basin, the role of atmospheric dust inputs in the active contribution to the biogeochemical cycles of elements (e.g. phosphorus, potassium or iron) is assumed to explain the persistence of the Amazonian rainforest despite its growth on highly weathered terrains. Dust aerosols acts as a source of bio-essential nutrients like phosphorus, potassium or iron and thus they impact directly their respective biogeochemical cycles. The PhD project focuses on the determination of dominant North African dust sources reaching the Amazon Basin through dust filter sampling performed on two observatories; the ATMO coastal site at Cayenne, French Guiana and the Amazon Tall Tower Observatory (ATTO), a 300-m tower located in an isolated place 150 km northeast of Manaus, Brazil. Source apportionment and elemental flux estimates will be performed by combining geochemical and radiogenic isotope (Sr-Nd-Pb) measurements on collected dust, supported by on site analysis (PM10 concentrations), mineralogical observations, satellite imagery (CALIPSO) and air-mass back trajectories (HYSPLIT). Prior to this work, a methodological improvement will be needed to characterize the importance of seasalt, anthropogenic and natural end-members in collected dust. Dust filters from ATTO collected during 2019 dust season (January-May) are already available to initiate the project. Long-term sampling campaigns are planned within the frame of a collaboration involving local (ATMO Guyane, FRANCE and the University of São Paulo, BRAZIL) and international partners (Max Planck Institute for Chemistry, Mainz, GERMANY and University of Miami, USA) for the period 2024-2025 and for the successive dust seasons (2024-2026) in the two observatories ATMO and ATTO. Simultaneous sampling will help estimate the decrease in dust flux with continentalization and its potential impact on the chemical and isotope signature of transmitted dust. This PhD scholarship is part of a larger project (EVIDAM project, selected to the 2nd round of the French ANR Agency) that will assess the impact of all atmospheric deposits (wet, dry, dust, biomass burning) at the scale of the Amazon basin.