Dodec-AOS :   Oxydation atmosphérique du dodécane: études fondamentales et paramétrisation de la formation des aérosols organiques secondaires

 

L’aérosol organique secondaire (AOS), fraction majoritaire de l’aérosol submicronique, joue un rôle important sur la santé, l’environnement et le climat. L’évaluation de son impact constitue un véritable enjeu pour la communauté scientifique. Toutefois, nos connaissances actuelles sur les processus de formation d’AOS et sa composition chimique sont encore très lacunaires, et en l’occurrence, limitent le développement des modèles atmosphériques permettant de quantifier les impacts des AOS sur la qualité de l’air et le système climatique.

 

 

FIGURE 1 : COMPARAISON DES RENDEMENTS DE FORMATION D’AOS EN FOCNTION DE LA MASSE D’AOS FORMEE POUR DES EXPERIENCES REALISES DANS CESAM DE 283 A 304.5K. LES CONCENTRATIONS SONT CORRIGEES DES PROCESSUS DE DEPOT (PARTICULE ET GAZ) (LAMKADDAM ET AL. 2017)

 

Le projet a pour objectif d’évaluer et d’améliorer notre connaissance des processus impliqués dans la formation de l’aérosol organique secondaire (AOS), i.e. des voies réactionnelles menant à la formation de composés organiques semi-volatils ou non volatils, leur condensation sur les aérosols et leur réactivité en phase condensée ainsi que de construire une base de données pour le développement de paramétrisations en investiguant systématiquement les paramètres qui influent sur la production d'AOS. Pour ce faire, la formation d’AOS a été étudiée à partir de la photooxydation d’un précurseur modèle spécialement sensible aux deux alternatives réactionnelles la fonctionnalisation et la fragmentation, le n-dodécane, dans la chambre de simulation atmosphérique CESAM. Ce composé est issu d’une famille de composés émise majoritairement en zone urbaine, et sa structure « simple » permettait d’espérer une bonne compréhension de ses premières étapes d’oxydation en phase gazeuse : il s’agit ici de produire un ensemble de données cohérent permettant de fournir des contraintes afin de représenter ces processus dans les modèles. La composition chimique à l’échelle moléculaire a été élucidée par des techniques spectrométriques et chromatographiques permettant d’identifier les différentes espèces constituant la phase gazeuse et particulaire. La stratégie mise en œuvre pour satisfaire les objectifs du projet a consisté à associer l’utilisation d’un modèle explicite, GECKO-A, et d’expériences en chambres de simulation atmosphériques, avec CESAM. Ces outils uniques, reconnus nationalement et internationalement sont développés et utilisés au LISA.

 

Les résultats ont en particulier permis de confirmer que la dépendance des rendements en AOS observée avec l’humidité est liée à la cyclisation des 1,4 hydroxycarbonylés en dihydrofurane à faible humidité et identifier une très faible sensibilité à la température de la formation d’AOS (cf. figure 1) (Lamkaddam et al. 2017), potentiellement expliquée par la présence d’oligomères en phase condensée et de rapporter pour la première fois la présence de lactones et d’acides carboxyliques en phases gazeuse et particulaire pour l’oxydation d’un alcane par le radical OH (cf. figure 2),. De plus, le schéma chimique dans GECKO-A a été mis à jour (La et al. 2016), il a été étendu aux réactions en phase condensée, en incluant les voies chimiques pour représenter la formation d'hémiacétals cycliques et des dihydrofuranes à partir de la cyclisation du 1,4-hydroxycarbonyle. Certaines expériences en chambre de simulation ont été modélisées avec GECKO-A. La perte aux parois de l'ozone et des NOx a été optimisée pour reproduire les évolutions mesurées d'ozone et de NOx. La décroissance des précurseurs gazeux est bien représentée par le modèle. Cependant, la masse d’AOS modélisée est supérieure à celle observée expérimentalement. D'après des expériences similaires réalisées dans la chambre Riverside APRC (Ziemann et al. 2009), l'influence potentielle de la perte de paroi d'espèces organiques gazeuses sur la formation d’AOS à partir de l'oxydation du dodécane a été explorée avec GECKO-A. La mise en œuvre de ce processus diminue le rendement en AOS simulé, ce qui permet au modèle de mieux correspondre aux mesures. La perte d'espèces gazeuses sur les surfaces des parois de la chambre pourrait donc expliquer la surestimation du rendement en AOS par le modèle lors des expériences CESAM. En particulier, une paramétrisation a été développée pour représenter la perte de particules et de composés gazeux aux parois de CESAM.

 

 

 
FIGURE 2 : DISTRIBUTION DES ESPECES DETECTEES EN PHASE GAZEUSE ET OU DANS L’AOS AU COURS D’UNE EXPERIENCE D’OXYDATION DU DODECANE PAR OH DANS LA CHAMBRE DE SIMULATION CESAM (LAMKADDAM 2016)

 

 

Projet LEFE/CHAT CNRS-INSU
Date : 01/2013-12/2014

 

Contacts LISA : A. Gratien

PI : A. Gratien