LEFE/ CHAT Atelier propriétés optiques des - INSU

LEFE/ CHAT
Atelier propriétés optiques des aérosols carbonés
5 septembre 2014
Observatoire Midi-Pyrénées
Salle de la Rotonde, Délégation Régionale CNRS Midi-Pyrénées
16 avenue Edouard Belin Toulouse
Compte-rendu de l’atelier
Déroulement de l’atelier
Dans la dynamique créée par le colloque d'Annecy sur la chimie atmosphérique, il a
été proposé de tenir des ateliers afin d'approfondir certaines questions scientifiques
en favorisant de nouvelles interactions entre les équipes de recherche.
L’atelier « propriétés optiques des aérosols carbonés » a été une journée de
rencontre et d’échanges autour de la caractérisation des propriétés optiques de
l’aérosol carboné dans l’atmosphère de notre planète. En effet l’aérosol carboné est
au centre de questions scientifiques majeures pour l’étude du climat et de la qualité
de l’air en raison de la diversité de ses émissions et de la complexité de ses
évolutions physico-chimiques dans l’atmosphère. L’évaluation de l’impact de l’aérosol
carboné sur le bilan radiatif, la santé et les écosystèmes nécessite une meilleure
connaissance de ce composant atmosphérique y compris de ses propriétés optiques.
L’atelier a réuni 30 participants de 17 laboratoires répartis sur le territoire national
(Toulouse, Lyon, Paris, Bordeaux, Lille, Besançon …). Les principaux thèmes
abordés lors de l’atelier on été :
1) Les moyens expérimentaux en laboratoire
2) L’instrumentation de terrain, incluant la télédétection radiométrique et lidar
3) La modélisation des propriétés optiques
L’atelier s’est articulé autour de 13 présentations d’environ 20 min (cf. tableau cidessous) suivies de discussion avec l’assemblée. La journée a été clôturée par une
discussion générale. Les présentations ne seront pas rendues publiques car
certaines contiennent du matériel en cours de publication. Les personnes intéressées
sont encouragées à prendre contact directement avec les orateurs (voir listes des
participants en annexe).
Atelier propriétés optiques des aérosols carbonés
Titre Introduction L'aérosol carboné Étude expérimentale en chambre de simulation atmosphérique CESAM des propriétés optiques d'aérosols carbonés d'origine biogenique Chasing the black carbon (BC) in the Artic with a single particle soot photometer Propriétés optiques des aérosols : mesures expérimentales dans l’infrarouge et l’UV visible Propriétés de polarisation optique des aérosols Détermination optique des propriétés d’absorption des agrégats de suies basée sur la méthode LII avec prise en compte de leur morphologie Propriétés optiques moyenne d’un nuage de suies. Mesures en laboratoire et applications atmosphériques Diagnostic optique appliqué à l'identification des propriétés microphysiques de matériaux et de particules Calcul des propriétés optiques de particules carbonées à l'aide de la méthode DDA La spectroscopie Raman comme moyen de différencier les aérosols carbonés? Inversion de données lidar multispectral Radiométrie multi-­‐spectrale pour la détection des suies Tableau 1 : Listes des présentations de l’atelier
Orateurs Jean-­‐François Léon Cathy Liousse Paola Formenti Marco Zanatta Denis Petitprez Alain Miffre (incluant les contributions de Pascal Rairoux) Eric Thersen et Jérome Yon Jean-­‐François Léon pour J.B. Renard Nicolas Rivière Michel Devel et Sylvain Picaud Thomas Pino Pierre Laffrique Pierre-­‐Yves Foucher Conclusions/points à retenir :
1) La petite communauté rassemblée lors de cette journée a montré un panel
assez large de moyens expérimentaux permettant l’étude des propriétés
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optiques de l’aérosol carboné (absorption, diffusion, émission) soit directement
en suspension, soit après collection sur filtre. Certains dispositifs
expérimentaux sont dédiés aux études de laboratoire (chambre de simulation,
générateur d’aérosols et flamme) et d’autres sont in situ (lidar et radiométrie,
LOAC, SP2).
2) Il existe une sémantique assez large sur l’aérosol carboné qui correspond à la
fois à une problématique scientifique et à la technologie utilisée. Les
interactions entre les différentes communautés sont donc essentielles pour
définir les objets d’études en commun.
3) La question du réchauffement climatique et du rôle de l’absorption du
rayonnement solaire par les aérosols carbonés est une motivation importante
de notre travail de recherche. Nous avons noté au cours de cette journée un
manque d’intégration des résultats de ces recherches d’un point de vue de
l’observation et de la modélisation des propriétés optiques vers la
modélisation chimie-climat.
4) Les méthodes de télédétection présentées (lidar et radiométrie multispectrale,
mesures de la dépolarisation lidar, émission raman) sont d’un véritable intérêt
pour la caractérisation des sources et l’évaluation des émissions d’aérosols
carbonés. On rappelle que les émissions restent une des incertitudes
majeures de l’impact des aérosols carbonés sur le climat et la santé. Des
projets originaux sont attendus sur cet aspect.
5) L’incandescence induite par laser est à la base de 3 études très originales : la
mesure atmosphérique ou dans la neige des concentrations de rBC (refractory
black carbon) par le SP2, la détection du vieillissement des suies générées
par une flamme, et le sondage direct dans l’atmosphère par lidar. La
modélisation de la structure interne des suies est primordiale pour comprendre
le vieillissement de celles-ci lors de l’émission.
6) La modélisation « ab initio » des propriétés électromagnétiques de la suie
repose sur la construction de particules modèles qui peuvent maintenant
atteindre un degré d’élaboration très important. Cependant la modélisation de
composants plus proche de l’aérosol carboné atmosphérique bute encore sur
le manque de données de polarisabilité .
7) La récente création du GDR « suie » permet de prolonger les interactions au
travers des travaux du GDR. La réunion générale de lancement est prévue le
4-5 décembre 2014 à Besançon.
8) La chambre de simulation atmosphérique CESAM est un instrument national
de l’INSU, ouverte aux usagers et aux collaborateurs. Il est possible d’étudier
l’incidence du vieillissement atmosphérique de l’aérosol sur ses propriétés
optiques comme le montrent les résultats présentés lors de l’atelier.
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9) Plusieurs études ont montré l’apport essentielle des mesures en laboratoire
pour établir la signature spectrale (UV-VIS et TIR) mais également
directionnelle (fonction de phase) et en polarisation des aérosols carbonées.
Cette signature est indispensable pour construire les modèles d’inversion des
observations en télédétection.
10) Pour une bonne part, les études présentées s’appliquent également à la
caractérisation des propriétés optiques de différents types d’aérosols
(inorganiques, poussières minérales) mais il n’a pas été possible par manque
de temps sur une journée bien chargée d’ouvrir le débat sur cet aspect.
Liste des participants
NOM PRENOM LABO MAIL Boreave Chiron Clergereaux D'Anna Demyk Devel Enguehard Formenti Foucher Gardrat Guinot* Lafrique Léon Antoinette Christelle Richard Barbara Karine Michel Frank Paola Pierre-­‐Yves Eric Benjamin Pierre Jean-­‐
François Cathy Alain Gizem Karim Denis Sylvain Thomas Véronique Olivier Patrick Jean-­‐
Claude Jean-­‐
Baptiste IRCELYON LA LAPLACE IRCELYON IRAP FEMTO-­‐ST EMC2 LISA ONERA LA LA ONERA LA [email protected]
[email protected]­‐mip.fr [email protected]­‐tlse.fr [email protected]­‐lyon1.fr [email protected]
[email protected] [email protected]
[email protected]­‐pec.fr Pierre-­‐[email protected] [email protected]­‐mip.fr [email protected] [email protected] jean-­‐[email protected]­‐mip.fr
LA ILM EMC2 LSPM PC2A UTINAM Orsay LA LOA ILM ISM [email protected]­‐mip.fr alain.miffre@univ-­‐lyon1.fr [email protected]
[email protected]
denis.petitprez@univ-­‐lille1.fr sylvain.picaud@univ-­‐fcomte.fr thomas.pino@u-­‐psud.fr [email protected]­‐mip.fr olivier.pujol@univ-­‐lille1.fr
patrick.rairoux@univ-­‐lyon1.fr jean-­‐claude.rayez@u-­‐bordeaux.fr LPC2E jbrenard@cnrs-­‐orleans.fr Liousse Miffre Okyay Ouaras Petitprez Picaud Pino Pont Pujol Rairoux* Rayez Renard* 4
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Rivière Nicolas ONERA Roblou Laurent LA Therssen Eric PC2A Verhaege Christophe Lamp Yon Jérome Coria Zanatta Marco LGGE * Excusés.
Tableau 2 : Listes des participants.
[email protected] [email protected]­‐mip.fr
Eric.Therssen@univ-­‐lille1.fr [email protected]­‐bpclermont.fr
[email protected] [email protected] 5