Prospective INSU Océan-Atmosphère (OA)

« Chimie de l’atmosphère »

Bilan de progrès

Réunion CSOA du 5. et 6. octobre au CNES

Organisation (1)

• Soutien par bureau CS CHAT : F. Vial (président), M. Beekmann (secrétaire), P. Cellier (CS-Chat)

• Discussions avec CS CHAT Réunion du 18. Mai

• Soutien organisationnel par P. Ebner /INSU

Animateur Représentantinternational

ReprésentantINSU

ReprésentantCSOA

Matthias Beekmann

Céline Mari Eric Villenave Eric Brun

Organisation (2)

• Organisation d’un colloque de prospective le 7. 8. Juillet à Toulouse (+ writing meeting le 9.)Plus que 50 participants de plus que 25 laboratoires

• Mise en ligne de documents de prospective sur le WEB Mai : Textes préparatifs pour colloque Juillet : Rendu de prospective sur le WEBOctobre : Version initiale de la prospective synthétique sur le WEB

=> multiples réactions de la communauté sur les textes (encore à intensifier ….)

Merci aux animateurs et rapporteurs des ateliers

Animateurs B. Picquet-Varrault, C. George, J.F. Leon,, N.

Huret, P. Cellier, G. Durry, C. Seigneur, R. Delmas, C. Mari, M. Beekmann

Rapporteurs : S. Szopa, J.L. Jaffrezo, K. Selligri, M. Marchand,

D. Serça, A. Perrin, N. Poisson, L. Gomes, D. Hauglustaine, V.H. Peuch

AEROSOLPropriétés

Feux Biosphère Activitéhumaine

Capacité oxydante

Ozone,OH, Cl, …

Chimie en phase gazeuse

COVi

Rétroactions Pollution – CLIMAT Ex: pour un COV

COVOj

NOx

τ GES

Bilan radiatif

Bilan globaux et régionaux

Variables climatiques

Chimie multi -phasique

Emissions / Dépôts

Transport

Qualité de l’air

Méthodologie : Synergies ….

Campagnes de terrain

Modélisation 3D

Modélisation 0D

Mesures de chambre

INTEGRATION

PROCESSUS

Axes majeurs de la prospective

1)Processus régissant la capacité oxydante dans la troposphère

2)Formation de l’aérosol (organique) à partir de précurseurs gazeux, l’évolution de propriétés physico-chimiques de l’aérosol et ses impacts

3)Couplage entre transport et chimie

4)Interactions surface-atmosphère

5) Spectroscopie en lien avec la chimie atmosphérique

A) Espèces organiques polyfonctionnellesImpact: Transport des NOx / Radicaux HOx/ AOS=> données cinétiques sources et puits (fonctionnalisation vs. fragmentation / attaque par OH vs. NO3 / constante de Henry)

B) Bilan des radicaux HOx + Cl (FT, UT-LS)=> en phase gazeuse (fréquences de photolyse, voies de propagation de la chaîne radicalaire)

=> catalyse sur des surfaces (sol, particules, nuages, neiges)

A + B : Etude Labo + Terrain + Modèles 0D + 3D

Processus régissant la capacité oxydante dans la troposphère (1)

Formation de l’aérosol (organique) à partir de précurseurs gazeux, l’évolution de propriétés physico-chimiques de l’aérosol et ses impacts

A) Formation + évolution de l’aérosol organiqueFormation de composés organiques polyfonctionnels (encore !)

par voie oxydative et non-oxydative (oligomérisation, ….) en phases gazeuse / aqueuse/ aérosol-phase organique

Diminution par de la volatilité => Transfert de phases

=> Formation Evolution de l’AOS (aerosol organique secondaire)

Etude Labo + Terrain (Enjeu instrumentation !) + Modèles

Formation de l’aérosol (organique) à partir de précurseurs gazeux, l’évolution de propriétés

physico-chimiques de l’aérosol et ses impacts (2)

B) Impact de l’aérosol Evolution chimique ( y inclus le mélange org.+ min. )

=> Impact sur propriétés optiques => Bilan radiatif chimiques

=> Impact sur propriétés hydrophiliques=> Microphysique de nuages

En labo: étude lien chimie + propriétés En terrain expériences de fermeture et intégratives Représentation plus explicite dans des modèles 3D surtout

impact sur la µ-physique

Couplage entre transport et chimie• Enjeux majeurs :

– Synergies / antagonismes de l’impact {emissions-chimie – transport- dépôt } sur la QA <-> Changement climatique et rétroaction CC -> QA => IPCC

– Intégration + couplage d’échelles

• Méso-échelle- Rôle des processus de transport et de mélange verticaux rapides (convection nuageuse organisée ou non, pyroconvection, ...)- Intégration de phénomènes sous maille dans la modélisation, modélsiation multi-échelle

Couplage entre transport et chimie (2)• Echelle continentale / globale

- Causes de la variabilité décennale de la composition chimique (obs. satellitales / assimilation / simulation de scénarios) EMIS. + Transport

• Stratosphère- Evolutions et variabilité des teneurs en ozone, composés halogénés, traceurs, vapeur d'eau et aérosols, lien avec l’ accélération (?) de la circulation de Brewer-Dobson ?

- Rôle de la variabilité solaire ou du rétablissement de la couche d'ozone stratosphérique sur le climat ?- Impact chimique des phénomènes lumineux et électriques transitoires (éclairs, blue-jet, sprites)?

4) Interactions surface-atmosphère

• une interface « active » qui régule émissions et dépôts => cycles C + N

Modélisation intégrée émissions ET dépôt , de l'interaction biosphère-atmosphère prenant en compte les forçages, dont CCPrenant en compte l’hétérogénéité des surfaces

(différentes occupations du sol, feu, volcan, poussières minérales, ...).

Observations sur sites pérennes Evaluation d’incertitude ( y inclus émissions

anthropiques)

Spectroscopie en lien avec la chimie atmosphérique

Isotopes18O/16O, D/H,13CH4/12CH4)

Amélioration de la télédetection

Bilan radiatifMolécules d’intérêt

ClimatiquesCH4, O3, CO2, H2O

Molécules d’intérêt chimiqueCH3COCH3, HCHO, CHOCHO,

HCOOH, CH3COOHSources feux : HCN,CH3CN

Développement instrumental in situ

Sources / budgets

Implémentation • Instrumentation:

=> besoins d’instrumentation « à l’état de l’art » pour les chambres, pour le terrain=> opportunités pour développement d’instrumentation in situ innovante => observation continue (lien SOERE, missions satellitales)

• Chantiers (Méditerranée, Arctique, AMMA-2) => vecteurs de l’étude des processus

=> études intégratives

• Fonctionnement =>colloque national biannuel « Chimie de l’atmosphère »

Implémentation: lien avec l’international

Objectif : Amélioration de la visibilité, et de la compétitivité projets

français au niveau international

Propositions :• Prospective du Programme International Géosphère-

Biosphère (IGBP) en cours, -> s’en servir …. • participation de chercheurs français CS des prog. IGBP, • Participation de ces représentants dans les CS nationaux• Répercuter les actions internationales vers la communauté

scientifique nationale et vice versa

Matériel supplémentaire

Déroulement du colloque

• 1. matin le contexte de la prospective • 1. après-midi les ateliers « connaissances »

• 2. matin restitution des ateliers

• 2. après-midi les ateliers « implémentation »

Colloque Toulouse les ateliers 6 « connaissances »

1) Chimie en phase gazeuse : les grands cycles des espèces gazeuses et leurs interconnections

2) Chimie multiphasique et hétérogène: les mécanismes de formation de l'aérosol, les transformations de la matière dans les différentes phases

3) Aérosols: Processus physiques et impacts : comment réduire les incertitudes sur les impacts ? comment améliorer le lien entre chimie de l'aérosol, processus physiques et impact direct et indirect ?

4) Couplage entre transport et chimie : les flux entre les grands compartiments de l'atmosphère (troposphère, UT-LS, stratosphère) et leur évolution

5) Interactions surface-atmosphère : une interface « active » qui régule émissions et dépôts

6) Spectroscopie atmosphérique : la spectroscopie, moteur d'innovation

pour les sciences de l'atmosphère

Colloque Toulouse les 4. ateliers « implémentation »

• La prospective « chimie de l’atmosphère » face à la demande sociétale ?

• Jusqu'où faut-il aller ? Quel positionnement par rapport à PRIMEQUAL, l’INEE ? Comment rendre plus visibles les actions chimie-climat ?

• Les chantiers régionaux (Méditerranée, Arctique, Afrique): • Peuvent-ils favoriser les études de processus ? • • Implémentation de la recherche dans un contexte international :

Comment améliorer la visibilité, la concertation et la compétitivité des initiatives et projets français ?

• Comment améliorer la structure et le fonctionnement des organismes OA pour mieux accompagner les projets en chimie atmosphérique ?