Publié le lundi 9 décembre 2024 10:18

Johannes Heuser a soutenu le 20 Novembre 2024 sa thèse intitulée : "Microphysical and optical characterization of fresh and aged combustion aerosol particles: a simulation chamber study", Ecole Doctorale 531 SIE (Sciences et Ingénierie de l’Environnement).

 

Le jury de thèse se composait de :
Romain CEOLATO, Ingénieur de recherche, ONERA (rapporteur)
Athanasios NENES, Professeur, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (rapporteur)
Cyrielle DENJEAN, Chargée de recherche, CNRM (examinatrice)
Daniela MELONI, Chargée de recherche, ENEA (examinatrice)
Denis PETITPREZ, Professeur, Université de Lille/PC2A  (examinateur)
Bénédicte PICQUET-VARRAULT, Professeure, UPEC, LISA (présidente du jury)
Jean-François DOUSSIN, Directeur de recherche, CNRS, LISA (directeur de thèse)
Claudia DI BIAGIO, Chargée de recherche, CNRS, LISA (encadrante de thèse)
Martin GYSEL-BEER, Chercheur, PSI (membre invité)

 

 
Ces travaux de thèse visent à fournir de nouvelles mesures et descriptions des propriétés physiques, chimiques et optiques des suies et de leur fraction BC (black carbon) et BrC (brown carbon) afin d’améliorer leur représentation dans les modèles du climat et algorithmes de télédétection. L’objectif est de faire progresser la compréhension et la description de la variabilité des propriétés des suies 1) lors de l’émission, pour des conditions de combustion variables, et 2) pendant le vieillissement dans l’atmosphère, en particulier, à cause du mélange interne avec des composés organiques et inorganiques formant un revêtement à la surface des suies. Afin de réaliser une étude mécanistique des propriétés des suies, un ensemble cohérent d’expériences a été mis en place en utilisant la chambre de simulation atmosphérique CESAM (Chambre Expérimentale de Simulation Atmosphérique Multiphasique) et un générateur de suies à base de propane.

 

 

Photo de groupe avec Johannes Heuser et le jury de thèse. (de gauche à droite : D. Meloni, B. Picquet-Varrault, C. Di Biagio, J. Heuser, J. F. Doussin, M. Gysel-Beer, R. Ceolato, C. Denjean, A. Nenes, D. Petitprez).

 

 

Les expériences ont été déployées afin de déterminer des paramètres optiques clef, utilisés en modélisation et télédétection, comme les sections efficaces d’absorption, extinction, et diffusion (MAC, MEC, MSC), l’albédo de simple diffusion (SSA), et l’indice de réfraction complexe (CRI). Les propriétés des suies issues de différentes conditions de combustion ont permis d’établir une relation généralisée entre le MAC et la composition chimique des particules fraîchement émises. Des calculs optiques basés sur deux descriptions de la morphologie des particules ont été effectués pour déterminer le CRI des suies et discuter de l’utilisabilité et de la pertinence des données pour des différentes hypothèses de représentations de la forme.

Les aérosols de suie ont été soumis à différents processus de vieillissement atmosphérique simulés afin de déterminer les effets du vieillissement sur leur capacité d'absorption et leurs propriétés physico-chimiques. En particulier, la formation d'un revêtement et l'augmentation de l'absorption due à ce mélange interne ont été étudiées pour deux précurseurs et processus de revêtement. Cela a permis d'étudier la relation entre l'augmentation de l'absorption, le vieillissement des particules et l'épaisseur du revêtement, d’intérêt tout au long du cycle de vie des suies.

 

(Gauche) Johannes Heuser pendant la lecture du serment en présence de son jury. (Droite) Visite de la chambre CESAM par les membres du jury.

 

 

Cette thèse est financé par le projet B2C « Contraindre l'effet radiatif direct du black carbon et du brown carbon sur le climat: une étude expérimentale innovante sur leurs propriétés optiques spectrales » financé par l’Agence Nationale de la Recherche (contrat ANR-19-CE01-0024-01).

 

Ce travail a été aussi financé par l'activité TNA du programme de recherche et d'innovation Horizon 2020 de l'Union européenne à travers l'activité d'infrastructure EUROCHAMP-2020 dans le cadre de l'accord de subvention n° 730997. Il a également été soutenu par le DIM Qi² et la Région Paris Ile-de-France et par le GDR SUIE du CNRS.

 

 

Publications
Heuser, J., Di Biagio, C., Yon, J., Cazaunau, M., Bergé, A., Pangui, E., Zanatta, M., Renzi, L., Marinoni, A., Inomata, S., Yu, C., Bernardoni, V., Chevaillier, S., Ferry, D., Laj, P., Maillé, M., Massabò, D., Mazzei, F., Noyalet, G., Tanimoto, H., Temime-Roussel, B., Vecchi, R., Vernocchi, V., Formenti, P., Picquet-Varrault, B., and Doussin, J.-F.: Spectral optical properties of soot: laboratory investigation of propane flame particles and their link to composition, EGUsphere [preprint], https://doi.org/10.5194/egusphere-2024-2381, 2024.