Projet de recherche EV/11 (Action de recherche EV)
Les aérosols atmosphériques sont intéressants par rapport à un large éventail de problèmes géophysiques et environnementaux, pour des questions allant du niveau local jusqu’à l’échelle mondiale. Les aérosols contenant du carbone, c’est-à-dire du carbone organique (CO) ou du carbone élémentaire (CE), représentent une fraction importante de l’aérosol (fin), souvent 50% et plus, et sont supposés contribuer de manière importante aux effets des aérosols en ce qui concerne le climat et la santé. Notre connaissance des aérosols contenant du carbone présente toutefois de grandes lacunes. Ceci est principalement dû à leur complexité et aux problèmes rencontrés lors de la prise d’échantillons. Au cours de ce projet nous allons développer des procédés de prise d’échantillons améliorés, les artefacts de la prise d’échantillons étant mieux contrôlés ou pouvant être corrigés.
Nous développerons également des méthodes améliorées pour la caractérisation des aérosols atmosphériques contenant du carbone, depuis (a) une meilleure différenciation entre CE et CO, en passant par (b) la subdivision en une série de classes de liaisons, permettant de caractériser les groupes fonctionnels majeurs, jusqu’à (c) une caractérisation moléculaire plus complète, où une attention spéciale sera apportée aux liaisons organiques avec poids moléculaire élevé ou haute polarité. Nous essayerons d’identifier des nouvelles liaisons organiques dans les aérosols continentaux pouvant servir de marker pour les sources spécifiques, les processus de source et/ou les processus atmosphériques.
Les appareils d’échantillonnage existants et nouvellement développés (y compris les appareils à haute résolution particulaire) et les méthodes analytiques seront appliquées dans des études sur la caractérisation détaillée des aérosols contenant du carbone pour un nombre limité d’endroits en Europe dans le cadre du sous-projet EURO-TRAC-2 AEROSOL. Elles seront également appliquées pour des études dans les régions tropicales et équatoriales (Afrique du Sud, Amérique du Sud), dans le cadre des campagnes internationales organisées sous les auspices des activités IGBP-IGAC, comme celles du "Large Scale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazonia" (LBA). Les sets de données concernant les aérosols contenant du carbone seront utilisés en combinaison avec les données sur les composants anorganiques des aérosols et sur la masse des particules (PM) pour l’identification et la désignation de sources (ou du type de sources), pour l’évaluation de la contribution de sources anthropogènes et naturelles à l’aérosol contenant du carbone et des différents types de source au sein de chacune de ces grandes catégories, pour la détermination de l’importance relative de l’aérosol organique secondaire (SOA) et du CO primaire et pour le travail de ‘closure’ de masse chimique (plus exactement : pour déterminer comment le PM expérimental peut être réassemblé sur la base des types d’aérosols mesurés et des composants).
Le travail de "closure" de la masse chimique ne sera pas seulement effectué pour l’aérosol fin dans son ensemble, mais aussi pour différentes fractions de grandeur au sein de celui-ci, jusqu’à 50 nm environ. De plus, nous analyserons en collaboration avec d’autres équipes (principalement dans le cadre des activités IGBP-IGAC) les relations entre les substances organiques volatiles (VOC's) et les aérosols organiques, afin d’obtenir une meilleure compréhension de la formation de SOA, et les relations entre les caractéristiques des aérosols contenant du carbone et les particularités physiques/radiatives des aérosols (ex noyau de condensation (CN) et noyau de condensation nuageuse (CCN), concentrations et distribution taille/nombre des particules, coefficients de diffusion de la lumière et de l’absorption) dans le but de contribuer à évaluer les effets directs et indirects des aérosols sur le climat.
Une partie du travail sera effectuée dans le cadre de la collaboration internationale avec les pays de l’Europe centrale et la Chine. Une attention spéciale sera apportée à la valorisation des résultats. Celle-ci comprendra le report de la connaissance et des données de ce projet aux conseilleurs et faiseurs de politique, aux membres de l’administration, aux membres du comité d’utilisateurs et au grand public.
Méthodologie
Deux approches différentes permettront de corriger pour la prise fautive de composés organiques gazeux lors de l’échantillonnage de l'aérosol. Dans la première approche, l'on utilise des porte-filtres avec deux filtres en série. Dans la deuxième, un "denuder" est placé devant le collecteur d'aérosol. Des méthodes améliorées seront élaborées pour la différenciation entre le carbone organique et le carbone élémentaire. L'on utilisera pour ce faire une technique de transmission thermo-optique. Cette technique sera évaluée par la participation à des études comparatives effectuées avec des groupes de recherche étrangers. De plus, des méthodes seront également développées pour la détermination du carbone organique hydrosoluble dans l'aérosol ("water-soluble organic carbon", WSOC). Pour ce faire, nous utiliserons un analyseur "Total organic carbon". En ce qui concerne le fractionnement du WSOC, nous utiliserons la chromatographie liquide haute performance à échange d'ions. Pour déterminer les composés organiques hydrosolubles à faible masse moléculaire, nous utiliserons des méthodes fondées sur la chromatographie par ions. La chromatographie en phase gazeuse capillaire / spectrométrie de masse (CPGC/SM) combinée à des méthodes de dérivation adaptées sera utilisée pour toute une série d'autres composés organiques hydrosolubles et apolaires.
Interaction entre les différents partenaires
L'équipe RUG s'attachera à la collecte des aérosols ainsi qu'au développement et à l'application de procédés d'échantillonnage améliorés. Elle s'occupera également des analyses effectuées à l'aide de la technique de transmission thermo-optique (TOT), de l'analyseur "Total organic carbon" et de la chromatographie par ions. Sur la base des résultats TOT, des échantillons seront sélectionnés pour le fractionnement du WSOC et les analyses détaillées CPGC/SM. L'identification et la détermination des sources sont des activités réalisées en commun par les équipes RUG et UIA, qui se serviront des résultats des analyses chimiques des deux groupes.
Liens avec des programmes internationaux
Le développement de meilleurs procédés d'échantillonnage et d'analyse et les études sur les aérosols seront effectués dans le cadre du sous-projet AEROSOL, EUROTRAC-2. Les études sur les aérosols dans les zones tropicales et équatoriales s'inscrivent dans les activités IGBP-IGAC et dans certaines parties de celles-ci, comme "Southern African Regional Science Initiative" (SAFARI 2000) ainsi que "Large Scale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazonia" (LBA). Une partie de notre recherche au Brésil est liée au projet SMOCC ("Smoke Aerosols, Clouds, Rainfall and Climate: Aerosols from Biomass Burning Perturb Global and Regional Climate") financé par l'UE. Enfin, nos études en Europe seront également utilisées comme contribution à la révision de la "Particulate Matter Directive" de l'UE en 2003.
Résultats et/ou produits attendus
Le projet entraînera des publications dans des revues internationales avec comité de lecteurs. A côté de cela, il engendrera des communications au cours de conférences internationales et nationales, symposium ou ateliers. Le projet et ses résultats seront publiés via un site Web installé dans ce but. Les données pertinentes, les aperçus et les informations seront mis à la disposition des banques de données et des sites Web nationaux et internationaux . Nous nous attendons à ce que nos résultats soient utiles au modélisateurs, ainsi qu'aux conseillers politiques et décideurs.
Partenaires
Activités
L'équipe RUG offre une longue expérience dans l'étude de l'aérosol atmosphérique et la collecte d'aérosols et leur analyse. Elle a efficacement participé à plusieurs campagnes internationales de mesures. Elle dispose d'une expertise importante dans l'analyse inorganique d'échantillons d'aérosols et effectue des analyses du carbone organique et élémentaire, du carbone organique hydrosoluble et des composés organiques hydrosolubles à faible masse moléculaire.
L'équipe UIA présente une très large expérience dans les méthodes de spectrométrie de masse pour la caractérisation de biomolécules et de composés organiques complexes. Elle dispose d'une grande expertise dans la chromatographie en phase gazeuse capillaire / spectrométrie de masse et les techniques de dérivation, axées sur la détermination de structures ou sur des analyses à grande sensibilité. Elle est un partenaire essentiel pour les analyses organiques détaillées des échantillons d'aérosol.
Coordonnées
Promoteur
Willy Maenhaut
Universiteit Gent (RUG)
Vakgroep Analytische Chemie, Instituut voor Nucleaire Wetenschappen
Onderzoeksgroep Troposferisch Aërosolonderzoek en Nucleaire Microanalyse
Proeftuinstraat 86, B-9000 Gent
Tel: +32 (0)9 264 65 96; Fax: +32 (0)9 264 66 99
Willy.Maenhaut@rug.ac.be
Partenaire
Magda Claeys
Universiteit Antwerpen (UIA)
Departement Farmaceutische Wetenschappen
Onderzoeksgroep Bio-organische Massaspectrometrie
Universiteitsplein 1, B-2610 Antwerpen
Tel: +32 (0)3 820 27 07; Fax: +32 (0)3 820 27 34
claeys@uia.ua.ac.be
Comité d'Utilisateurs
Harry Ten Brink - Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN)
Bob Nieuwejaers en Mirka Van Der Elst - Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap - Administratie Leefmilieu en Infrastructuur (LIN - AMINAL)
Edward Roekens en Christine Matheeussen - Vlaamse Milieumaatschappij (VMM) - Afdeling Meetnetten en Onderzoek - coördinerend dienstverleningspakket Immissiemeetnetten Lucht
Hedwig Duflou - SGS Depauw & Stokoe N.V.
Characterisation and sources of carbonaceous atmospheric aerosols : final report
Maenhaut, Willy - Claeys, Magda Brussels : Belgian Science Policy, 2007 (SP1855)
[Pour télécharger]
[Epuisé]
Karakterisering en bronnen van koolstofhoudende atmosferische aërosolen : samenvatting
Brussel : Federaal Wetenschapsbeleid, 2007 (SP1865)
[Pour télécharger]
Characterisation and sources of carbonaceous atmospheric aerosols : summary
Brussels : Belgian Science Policy, 2007 (SP1866)
[Pour télécharger]
Characterisation and sources of carbonaceous atmospheric aerosols : final report
Brussels : Federal Science Policy, 2010 (SP2173)
[Pour télécharger]
Références bibliographiques :
