Groupe de travail 2

Propriétés physiques, chimiques et optiques des aérosols.
Des processus hétérogènes fondamentaux à la télédétection

Laboratoires leaders : SAGE, LOA
Participants : 
PC2A, LPCA, PhLAM, LASIR
Contacts
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Objectif
Etablir un lien entre l’évolution de la composition chimique des particules d’aérosols et leurs propriétés optiques mesurées dans le visible et l’infrarouge à partir de la télédétection.


Illustration : Aerosol microphysical, chemical and optical properties from fundamental heterogeneous processes to remote sensing.


Matériel et méthodes

Techniques de laboratoire :

  • Reactors and Simulation Chamber.
  • Micro-Raman spectrometer HR Evolution (Horiba Ltd.) and development of coupled particle-levitation devices
  • Ozonolysis of organic particles (fatty acids) in an Aerosol Flow Tube
  • X-microanalyses, Raman and atomic force microscopy
  • IRTF and UV-vis spectrometers, photoacoustic spectroscopy

Approches théoriques :

  • Classical and quantum molecular dynamics
  • Forward and inverse numerical codes for linking physical and optical properties and for calculating radiative budget.

Campagnes de mesures :

  • Participation in the SHADOW campaign in Sénégal.
  • Optical obervations and aerosol sampling : urban and desert sites in France, Senegal and Negev desert.

Etudes en cours

Etude des processus fondamentaux de chimie hétérogène à la surface de composés modèles (1) par une approche expérimentale au sein de réacteurs avec des particules modèles et des oxydants (2) par modélisation à l’échelle moléculaire de la réactivité hétérogène à la surface d’aérosols, en utilisant des outils de dynamique moléculaire et de chimie quantique

  • Réactivité de particules minérales avec des espèces organiques d’intérêt atmosphérique
  • Etude des propriétés hygroscopiques de particules en laboratoire
  • Réactivité hétérogène d’aérosols modèles : étude thermodynamique et cinétique d’incorporation d’espèces gazeuses dans la glace

Lien entre les propriétés physico-chimiques des particules et leur influence sur les propriétés optiques des aérosols. Effet du vieillissement (lien avec les observations par télédétection)

  • Propriétés optiques des aérosols : mesures expérimentales dans le domaine infrarouge lointain et inversion des données satellitaires
  • Etude de la formation des aérosols organiques secondaires et de leurs propriétés optiques


Illustrations : (1) Extinction spectra of silica particles from UV to IR spectral range. (2) Adsorption of limonene on mineral dust (Bordj desert). (3) Photo-reactivity and hygroscopicity of single particles by using an environmental acoustic levitation cell. (4) Evolution of aerosol optical properties and chemical composition in a desert setting caused by penetration of sea breeze (Derimian et al., 2016, ACPD).


 Sélection de publications  (2015)

  • L. Hormain, M. Monnerville, C. Toubin, D. Duflot, B. Pouilly, S. Briquez, M. I. Bernal-Uruchurtu, R. Hernández-Lamoneda, "Ground state analytical ab initio intermolecular potential for the Cl2-water system", J. Chem. Phys. 142 (2015) 144310.
  • Habartová, A., Hormain, L., Pluharová, E., Briquez, S., Monnerville, M., Toubin, C.,  and Roeselová, M.,  Molecular Simulations of Halomethanes at the Air/Ice Interface, J. Phys. Chem. A 119, 10052, 2015
  • Ourrad, H., Thévenet, F., Gaudion, V., Riffault,V.: Limonene photocatalytic oxidation at ppb levels: assessment of gas phase reaction intermediates and secondary organic aerosol heterogeneous formation, Applied Catalysis B-Environmental, 168-169, 183-194,doi: 10.1016/j.apcatb.2014.11.048, 2015.
  • X. Xu, W. Zhao, Q. Zhang, S. Wang, B. Fang, W. Chen, D. S. Venables, X. Wang, W. Pu, X. Wang, X. Gao, and W. Zhang, "Optical properties of atmospheric fine particles    near Beijing during the HOPE-J3A Campaign", Atmos. Chem. Phys. Discuss. 15 (2015) 33675–33730
  • Sobanska, S., Barbillat, J., Moreau, M., Nuns, N., De Waele, I., Tobon, Y. A., Petitprez D., and Bremard, C. Influence of stearic acid coating of NaCl surface on the reactivity with NO2 under humidity. Phys. Chem. Chem. Phys. 2015, 17, 10963-10977.  doi: 10.1039/C4CP05655H
  • A. Navel, G. Uzu, L. Spadini, S. Sobanska, J. Martins. Combining microscopy with spectroscopic and chemical methods for tracing the origin of atmospheric fallouts from mining sites. J. Hazard. Mater. 300 (2015) 538 – 545, doi: 10.1016/j.jhazmat.2015.07.035
  • Visez, N, Chassard, G., Azarkan, N., Naas, O., Sénéchal, H., Sutra, J-P., Poncet, P.and Choël, M.: Wind-Induced Mechanical Rupture of Birch Pollen: Potential Implications for Allergen Dispersal,  Journal of Aerosol Science, 89, 77–84, doi:10.1016/j.jaerosci.2015.07.005, 2015
  • Chassard G., Choël M., Gosselin S., Vorng H., Petitprez D., Shahali Y., Tsicopoulos A., Visez N., "Kinetic of NO2 uptake by Phleum pratense pollen: Chemical and allergenic implications”.
  • Environmental Pollution, 196, 107-113, 2015.
  • Mbengue, S.,  Alleman, L. and Flament, P.: Trace elements bioaccessibility in fine and ultrafine atmospheric particles in an industrial environment, Environmental Geochemistry and Health,37(5), 875-889, 2015.
  • Riffault, V., Arndt, J., Marris, H., Mbengue, S., Setyan, A., Alleman,L.Y., Deboudt, K., Flament, P., Augustin, P., Delbarre H., and Wenger, J.: Fine and ultrafine particles in the vicinity of industrial activities: A review, Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 45:21, 2305-2356, 2015.