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

Objectifs

Matériel et méthodes

Etudes en cours et résultats

Sélection de publications

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.