Projet de recherche CG/DD1/03 (Action de recherche CG)
Contexte
Les particules d’aérosols atmosphériques ont une incidence sur le climat. Elles peuvent réfléchir ou absorber la lumière solaire incidente (effet direct) et agir comme noyaux de condensation des nuages qui à leur tour réfléchissent la lumière solaire (effet indirect). L’impact climatique des aérosols est fortement déterminé par la dimension des particules et leur composition chimique.
Objectifs
Le projet a pour objectif de contribuer à l’amélioration de la connaissance des sources, de leur répartition géographique et des propriétés des aérosols troposphériques qui sont importants pour le climat.
A cet effet, des études sont réalisées à des sites qui sont représentatifs pour une vaste région ou qui sont situés dans (ou sous le vent) des régions dont on attend que le forçage radiatif des aérosols anthropiques sera fort important. Au cours des programmes à long terme et des campagnes intensives de mesure, on mesure les propriétés chimiques, physiques et optiques (radiatives) des fines particules d’aérosols (< 1 micron). On détermine les contributions relatives des types importants d'aérosol radiativement actifs; on distingue la contribution naturelle et la contribution anthropique pour un certain nombre de ces types d’aérosols et on evalue les sources, les processus qui ont trait aux sources et leur localisation ainsi que les mécanismes de transport des aérosols. On étudie dans quelle mesure la masse de fines particules d’aérosols peut être reconstituée sur la base des types d’aérosols mesurés; et les différents ensembles de données relatives aux aérosols sont mis en relation les uns avec les autres et utilisés dans les modèles mathématiques pour les propriétés optiques des aérosols ou des effets radiatifs. Le projet concerne également la mise au point et l’implémentation de nouvelles méthodes en techniques pour la collecte des aérosols, pour l’analyse des particules individuelles et en vrac et pour l’interprétation et la corrélation entre les données.
Les partenaires
Structure de la coopération :
1. Coordinateur :
Willy Maenhaut, Universiteit Gent (RUG), Département de Chimie Analytique, Groupe de Recherche : Etude des Aérosols Troposphériques et Microanalyse Nucléaire.
2. Autres promoteurs :
2.a Freddy Adams, Universiteit Antwerpen (UIA), Centre d'Analyse Microscopique et de Trace (MiTAC).
2.b Magda Claeys, Universiteit Antwerpen (UIA), Département des Sciences Pharmaceutiques, Groupe de Recherche : Spectrométrie de Masse Bio-organique.
L’équipe de coordination assure la collecte et la sélection des échantillons d’aérosols qui sont étudiés par deux équipes de l’UIA. Lors des réunions qui ont lieu en général à l’UIA, on discute l’état d’avancement de la recherche et les résultats obtenus sont évalués.
La recherche commune est présentée à des conférences internationales et est consignée dans des articles scientifiques.
Rôle et méthodologie des différentes équipes :
L’équipe RUG s’occupe de la collecte des aérosols et effectue la plus grande partie des analyses en vrac. Pour les prises d’échantillons, on fait le plus souvent usage de filtres et de cassettes de filtration pour collecter séparément les fines particules d’aérosols (PM2.5) ou pour séparer les aérosols en deux types de particules selon leur dimension (particules fines et particules épaisses). Dans les campagnes intensives, on utilise également des impacteurs en cascade pour scinder les particules en différentes classes de dimensions distinctes (jusqu’à 10 et plus). Les analyses en vrac de la RUG concernent la détermination des masses particulaires, des matières organiques et carboniques, des composants ioniques solubles dans l’eau (p. ex. composants de sulfate) et des éléments essentiels, accessoires et des traces. La détermination des matières organiques et carboniques s’effectue par une technique thermo-optique. Pour déterminer les composants de sulfate et autres ions, on utilise la chromatographie ionique et les analyses de multi-éléments s’effectuent par l’analyse des émissions de rayons X induites par protons et l’analyse par activation des neutrons. L’équipe du RUG collabore étroitement avec un certain nombre de groupes étrangers pour compléter les mesures des aérosols chimiques par des mesures purement physiques ou optiques/radiatives. On détermine notamment la répartition des particules selon leur dimension et les coefficients de dispersion et d’absorption des aérosols.
MiTAC effectue une recherche microscopique sur les particules d’aérosols. Il utilise principalement la microanalyse au moyen d’une sonde électronique aux rayons X et la microscopie électronique à transmission et balayage. On détermine ainsi les dimensions, la forme et la composition élémentaire des particules individuelles d’aérosols. Cette information permet d’identifier les sources des particules et d’étudier les transformations au cours du transport atmosphérique. Les propriétés des particules individuelles d’aérosols sont d’une grande utilité pour évaluer leur impact sur le climat.
Une étude-pilote est également effectuée au moyen de nouvelles techniques microscopiques comme la spectrométrie de masse statique d'ions secondaires.
Le groupe de recherche en spectrométrie de masse bio-organique de l’UIA se concentre sur le développement et l’application de méthodes d’analyse chimique pour déterminer les composés organiques dans les aérosols. On étudie quels composés organiques ou classes de composés contribuent essentiellement à la masse de l’aérosol organique. Par ailleurs, on détermine un certain nombre de composés « marqueurs » pour distinguer l’impact des sources naturelles et celui des activités humaines. Pour l’analyse chimique des composés organiques, on utilise la chromatographie capillaire en phase gazeuse (C.G) avec détection de l’ionisation incandescente et la chromatographie capillaire en phase gazeuse (C.G) avec la spectrométrie de masse.
Produits - résultats
De grandes incertitudes existent encore à propos de l’ampleur de l’impact climatique des aérosols atmosphériques et des perturbations anthropiques. Ceci est dû à une connaissance insuffisante des sources, de la répartition et des propriétés des aérosols au niveau mondial. Nos études servent à diminuer les incertitudes. Par ailleurs, les ensembles de données obtenues sont utiles pour tester les modèles mathématiques concernant la formation, la dispersion et l’impact climatique des aérosols.
Coopérations internationales
Différents groupes de recherche étrangers coopèrent au projet de recherche. Les principaux groupes sont le Département de Biogéochimie du Max Planck Institut de Chimie (MPIC), Mainz, Allemagne et l’Institute of Physics, University of Sao Paulo (USP), Brésil. En Europe, une coopération existe avec des groupes finlandais, suédois, norvégiens et français et en dehors de l’Europe avec des groupes israéliens, sud-africains et australiens.
Sources, physico-chemical characteritics and climate forcing of atmospheric aerosols: final report
Maenhaut, Willy - Adams, Freddy - Claeys, Magda Brussels: OSTC, 2001 (SP0983)
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[Epuisé]
Sources, caractéristiques physico-chimiques et forçage climatique des aérosols atmosphériques: synthèse
Bruxelles: SSTC, 2001 (SP0997)
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Sources, physico-chemical characteristics, and climate forcing of atmospheric aerosols: synthesis
Brussels: OSTC, 2001 (SP0998)
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Bronnen, fysico-chemische eigenschappen en klimaat "forcing" van atmosferische aërosolen: synthese
Brussel: DWTC, 2001 (SP0999)
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