Devenir du carbone organique

La thématique "Devenir troposphérique du carbone organique et ses impacts" a pour objectif d’étudier l’évolution et les impacts des composés réactifs présents dans l’atmosphère. Parmi ces espèces, les Composés Organiques Volatils (couramment abrégés en COV) sont l'un des déterminants de la chimie photo-oxydante troposphérique. L’oxydation progressive de cette matière organique atmosphérique en CO2 passe par la formation d’un large nombre d’espèces dites secondaires (Figure 1). Ces composés intermédiaires sont fortement fonctionnalisés et jouent un rôle crucial sur la dégradation de la qualité de l’air mais également dans les rétroactions de la chimie atmosphérique sur le climat :

 

- Cette fraction secondaire de la matière organique est peu volatile et soluble et peut donc être transférée vers des phases condensées (formation d’aérosols organiques secondaires (AOS) ou dissolution dans les hydrométéores). Ces changements de phase induisent des modifications profondes des propriétés physico-chimiques et optiques de ces phases condensées et vont en particulier affecter le bilan radiatif terrestre par absorption/diffusion du rayonnement solaire ou tellurique ou en affectant la formation, la durée de vie et les propriétés des nuages.

 

- Cette fraction secondaire parmi laquelle se trouvent à la fois des espèces oxygénées facilement photolysables telles que les aldéhydes et des espèces réservoirs de NOx telles que les nitrates organiques (Figure 1), contient ainsi une réactivité résiduelle. Cette fraction secondaire qui est de plus susceptible d’être transportée loin des régions sources, peut alors affecter le bilan des espèces photo-oxydantes (ozone, radicaux) et les concentrations en azote réactif.

 

 

Figure 1 : Simulation de l’évolution du carbone organique au cours de l’oxydation gazeuse de l’octane : (a) distribution du carbone ; (b) distribution du carbone organique secondaire en fonction de la longueur de la chaîne carbonée ; (c) distribution des espèces en C8 en fonction du nombre de groupes fonctionnels portés par les molécules. Les espèces typiques en C8 comportant 2 et 4 groupes fonctionnels sont reportées en tant qu’exemple. Ces espèces di-fonctionnelles sont suffisamment hydrosolubles pour être dissoutes dans la phase aqueuse des systèmes nuageux. Les espèces en C8 comportant 4 groupes fonctionnels possèdent de faibles pressions de vapeur et sont ainsi susceptibles de condenser sur les aérosols préexistants.

 

Afin d’une part d’identifier ces espèces intermédiaires et de quantifier leurs processus de formation dans l’atmosphère, le LISA associe des approches expérimentales de terrain, de la modélisation (générateur de schémas chimiques explicites et modèle 3D), et des expériences en laboratoire (chambres de simulation atmosphérique)(Figure 2).

 

 

Figure 2 : Interactions et complémentarité des expériences en laboratoire, des mesures de terrain et de la modélisation pour étudier le devenir de la matière organique dans l’atmosphère.

 

Les activités de ce groupe thématique sont organisées autour des différents impacts de ces composés organiques intermédiaires selon trois principaux axes :

 

- Axe 1 : Le devenir du carbone organique et son impact sur la production et l’évolution de l’aérosol organique secondaire

- Axe 2 : Le devenir du carbone organique et son impact sur le bilan des photo-oxydants

- Axe 3 : Le devenir du carbone organique et son rôle dans le transport des oxydes d’azote