Caractérisation de la dynamique de HO2 à la surface des particules d'aérosols organiques

Delphine VARDANEGA

Le projet
Les modèles de chimie atmosphérique sont largement utilisés pour effectuer des projections sur les changements dans la composition chimique de la troposphère, y compris les changements climatiques liés à l'effet de serre et des particules d'aérosols. Ces modèles ont émergé comme des outils uniques pour concevoir des stratégies de contrôle des émissions visant à réduire l'empreinte humaine sur le changement climatique. Cependant, de grandes incertitudes sont encore associées avec la chimie mis en œuvre dans ces modèles, qui peuvent conduire à des prévisions inexactes à long terme, dans un domaine où les enjeux socio-économiques sont élevés.

Une compréhension complète des transformations chimiques qui se produisent dans l'atmosphère est importante, afin de s'attaquer aux questions fondamentales liées à la qualité de l'air et du changement climatique. Cependant, il existe de plus en plus de preuves que notre compréhension de la capacité oxydante de l'atmosphère est incomplète, conduisant à des estimations incertaines de la durée de vie de traces de gaz émis et du taux de production d'espèces secondaires.

Par exemple, des mesures récentes de radicaux libres faites dans les environnements forestiers caractérisés par de faibles niveaux d'oxydes d'azote (NOx = NO et NO2) indiquent que les modèles actuels de la chimie atmosphérique ont tendance à surestimer la concentration des radicaux peroxy (HO2 et RO2). Cette tendance a été observée dans les environnements forestiers, comme dans la couche limite marine et dans la troposphère arctique. Une surestimation de radicaux peroxy est une question importante puisque ces radicaux sont les principaux précurseurs du radical hydroxyle (OH), l'oxydant atmosphérique le plus important pendant la journée. Cette question pourrait conduire à une signifiante surestimation de la capacité oxydante de l'atmosphère mondiale puisque plus de 86% de la surface de la terre est couverte de forêts, d'océans et de régions polaires.

Une analyse approfondie des mesures de radicaux peroxy, effectuées dans un environnement boisé par le groupe de P. Stevens (R.F. Hansen, et al. Atmos. Chem. Phys. Discuss. 2013), suggère un manque de radicaux peroxy dans les modèles. Une analyse de cet ensemble de données indique que cela pourrait être dû à une sous-estimation des taux de réactions RO2 + HO2, et/ou l'absorption de radicaux peroxy sur des particules d'aérosols.

fij d'expliquer ce manque de radicaux peroxy dans les modèles, nous avons modélisé l'adsorption de radicaux peroxy sur des aérosols organiques.

Dans une première étape, des simulations de dynamique moléculaire, en utilisant le logiciel de simulation GROMACS, sont effectuées pour étudier l'interaction entre des radicaux hydroperoxy (HO2) avec des agrégats d'acides gras (acides oléique et stéarique). L'effet de la présence de molécules d'eau sur la surface des aérosols est également étudiée. Ces calculs fourniront des valeurs théoriques pour des observables mesurables expérimentalement, tel que le taux de collage des radicaux sur la surface des aérosols.

Une deuxième étape portera sur l'étude de la réactivité de HO2 et RO2 à la surface de l'aérosol organique, avec ou sans eau. Comme un traitement complet de ces processus réactifs par des méthode ab initio n'est pas possible, des méthodes hybrides (QM/MM ou DFTB) seront utilisées pour étudier cette réactivité.

Laboratoire
PhLAM

Période
début: 01/10/2014
fin prévue: 30/09/2015

Financement
Labex CaPPA