Projet de recherche EV/06 (Action de recherche EV)
La composition de la troposphère est fortement affectée par les émissions anthropiques et biogéniques d'espèces chimiques telles que les hydrocarbures, le monoxyde de carbone, et les oxydes d'azote. En particulier, les émissions d'hydrocarbures non-méthaniques exercent une grande influence sur la capacité d'oxydation de l'atmosphère (qui détermine l'évolution et le temps de vie d'un grand nombre de polluants et de gaz à effet de serre) et sur le bilan et la distribution de l'ozone troposphérique et des aérosols. Dans ce projet, nous proposons spécifiquement d'étudier leur impact sur la formation des oxydants (y compris le radical hydroxyle OH) et d'aérosols à l'échelle globale. Des données théoriques et de laboratoires concernant les processus photochimiques atmosphériques seront intégrées dans un modèle de chimie/transport de la troposphère globale, qui simule la distributions des espèces-clef comme l'ozone et ses précurseurs.
Le premier objectif de ce projet est la réduction des incertitudes sur les processus (émissions, chimie) qui déterminent la distribution globale des constituants troposphériques. Pour cela, des mécanismes chimiques et photochimiques dont l'importance est mise en évidence par les résultats des modèles seront étudiés au laboratoire et par le biais d'approches théoriques avancées. Les mécanismes de dégradation de plusieurs hydrocarbures non-méthaniques seront établis, et la formation éventuelle d'espèces à longue durée de vie, dont les aérosols, sera déterminée. Un soin tout particulier sera dévolu à la quantification des incertitudes restantes dans l'évaluation des émissions et de la dégradation atmosphérique de ces composés.
Un second objectif du projet est de quantifier l'impact des hydrocarbures non-méthaniques sur la capacité oxydante de l'atmosphère et sur la chimie de l'ozone dans la haute troposphère. Cette région est d'un intérêt particulier dans le contexte des changements globaux, car l'injection de polluants (par les moteurs des avions, ou par la convection profonde d'air pollué des basses couches) y a une influence déterminante sur le bilan des radicaux et donc de l'ozone. Un modèle bien établi de chimie/transport, qui calcule les distributions globales climatologiques de constituants chimiques, le modèle IMAGES, sera utilisé dans ce but.
Le troisième objectif du projet est de déterminer l'influence des activités humaines sur la composition chimique et sur la capacité d'oxydation de l'atmosphère. Pour cela, des scénarios prenant en compte les variations de la population, de la consommation d'énergie, de l'utilisation des sols, etc. seront introduits dans le modèle global, de façon à prédire l'évolution future possible de la composition de l'atmosphère.
Ces études devraient améliorer notre compréhension de l'impact de la pollution globale sur le forçage climatique et sur la biosphère. Les résultats obtenus devraient fournir aux preneurs de décisions des informations qui contribueront à faciliter un développement durable.
Méthodologie
- utilisation de la technique du réacteur à écoulement rapide pour la simulation de processus de chimie atmosphérique au laboratoire;
- développement et application de nouvelles techniques analytiques pour la détermination des produits de l’oxydation des terpènes;
- développement et application de techniques théoriques (calculs quantiques, Relations de Structure-Activité, etc.) pour la détermination des produits d’oxydation des terpènes, y compris les aérosols;
- développement d’un mécanisme chimique de l’oxydation des terpènes en conditions atmosphériques, et validation de ce mécanisme par la confrontation avec les données expérimentales disponibles;
- détermination des émissions globale des hydrocarbures biogéniques, et étude de leurs incertitudes.
Interactions entre les différents partenaires
- collaboration étroite entre les équipes de C. Vinckier (KULeuven) et E. Arijs (BIRA-IASB) pour l’application de la technique de réacteur à écoulement rapide à l’oxydation des terpènes;
- collaboration étroite entre les équipes de J.-F. Müller (IASB-BIRA) et J. Peeters (KULeuven) pour le développement et la validation du mécanisme d’oxydation des terpènes;
- les résultats expérimentaux et théoriques obtenus seront intégrés dans un modèle de la chimie de la troposphère par l’équipe de J.-F. Müller de façon à déterminer leur impact sur les résultats de modélisation.
Lien avec des programmes internationaux
- EUROTRAC2 : contributions des équipes de la KULeuven au sous-projet CMD (Chemical Mechanism Development) ;
- IPCC (Intergovermental Panel on Climate Change) : contribution de J.-F. Müller au 3ème Assessment Report (IPCC-TAR) ;
- Intégration dans des réseaux européens de recherche du 5ème Programme-Cadre.
Résultats attendus
- nouvelles techniques expérimentales et théoriques pour l’étude de l’oxydation des hydrocarbures biogéniques (monoterpènes);
- nouveau mécanisme détaillé représentant l’oxydation de plusieurs hydrocarbures biogéniques importants (monoterpènes) dans les conditions de laboratoire ou de l’atmosphère réelle;
- meilleure détermination du rôle de ces hydrocarbures dans la troposphère globale, en particulier en ce qui concerne la production d’aérosols;
- meilleure détermination de l’impact des émissions anthropiques de polluants sur la composition de la troposphère globale.
Partenaires
Activités
Les groupes de Vinckier et Arijs conduisent les études expérimentales de l’oxydation de plusieurs monoterpènes par OH en présence de NO. Ils bénéficient de l’expérience gagnée par le groupe de Vinckier au cours du précédent programme PADD. De plus, les groupes de Arijs et Peeters effectuent une étude d’autres réactions organiques importantes.
Les groupes de Peeters et Muller combinent des études théoriques et de modélisation pour construire un mécanisme détaillé d’oxydation des monoterpènes dans des conditions générales. L’équipe de Peeters se concentre sur les réactions en phase gazeuse, tandis que celle de Muller travaille à leur intégration dans un modèle qui inclut les effets de production d’aérosols. Le groupe de Muller travaille aussi à la détermination des émissions biogéniques ainsi que des impacts globaux à l’aide d’un modèle chimique 3-dimensionnel.
Coordonnées
Coordinateur du projet:
Jean-François. Müller
Institut d’Aéronomie Spatiale de Belgique (IASB-BIRA)
Avenue Circulaire 3, B-1180 Bruxelles
Tel: +32 (0)2 373 04 86; Fax: +32 (0)2 374 84 23
jfm@bira-iasb.oma.be
Partenaires du projet:
Jozef Peeters
Katholieke Universiteit Leuven - Chemistry Department
Celestijnenlaan 200F, B-3001 Heverlee
Tel: +32 (0)16 32 73 82 ; Fax: +32 (0)16 32 79 92
jozef.peeters@chem.kuleuven.ac.be
Christiaan. Vinckier
Katholieke Universiteit Leuven - Chemistry Department
Celestijnenlaan 200F, B-3001 Heverlee
Tel: +32 (0)16 32 73 76; Fax: +32 (0)16 32 79 92
chris.vinckier@chem.kuleuven.ac.be
Etienne Arijs
Belgisch Instituut voor Ruimte-Aëronomie (BIRA-IASB)
Ringlaan 3, B-1180 Bruxelles
Tel: +32 (0)2 373 04 76; Fax: +32 (0)2 374 84 23
earijs@bira-iasb.oma.be
Comité d’Utilisateurs
Bob Nieuwejaers - AMINAL
Alex Guenther - National Center for Atmospheric Research
Guy Brasseur - Max-Planck-Institut für Meteorologie
Ulrich Schurath - Institut für Meteorologie und Klimaforschung, FZK
Anthropogenic and biogenic influences on the oxidation capacity of the atmosphere : final report
Muller, J.-F. - Vinckier, C. - Peeters, J. ... et al Brussels : Belgian Science Policy, 2005 (SP1515)
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Antropogene en biogene invloeden op de oxiderende capaciteit van de atmosfeer : samenvatting
Brussel : Federaal Wetenschapsbeleid, 2005 (SP1516)
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Influences anthropiques et biogéniques sur la capacité d'oxydation de l'atmosphère : résumé
Bruxelles : Politique scientifique fédérale, 2005 (SP1517)
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Anthropogenic and biogenic influences on the oxidation capacity of the atmosphere : summary
Brussels : Belgian Science Policy, 2005 (SP1518)
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Références bibliographiques :
I. Hermans, J.F. Müller, T.L. Nguyen, P.A. Jacobs, J. Peeters
The Journal of Physical Chemistry, A, 109, 2005
L. Vereecken, J. Peeters Journal of Chemical Physics, 119, 2003
