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 Représentant international INSU CSOA 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 WEB Octobre : 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 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

τ GES COVi Rétroactions Pollution – CLIMAT Ex: pour un COV COVOj Bilan globaux et régionaux Capacité oxydante Ozone, OH, Cl, … Chimie en phase gazeuse τ GES COVOj Bilan radiatif NOx Qualité de l’air COVi AEROSOL Propriétés Chimie multi -phasique Variables climatiques Transport Feux Biosphère Activité humaine Emissions / Dépôts

Méthodologie : Synergies …. Mesures de chambre Modélisation 0D PROCESSUS Campagnes de terrain Modélisation 3D INTEGRATION

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

Processus régissant la capacité oxydante dans la troposphère (1) A) Espèces organiques polyfonctionnelles Impact: 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

Formation de l’aérosol (organique) à partir de précurseurs gazeux, l’évolution de propriétés physico-chimiques de l’aérosol et ses impacts Formation + évolution de l’aérosol organique Formation 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) 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)  D EMIS. + D 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 CC Prenant 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 Molécules d’intérêt Climatiques CH4, O3, CO2, H2O Bilan radiatif Amélioration de la télédetection Isotopes 18O/16O, D/H,13CH4/12CH4) Développement instrumental in situ Molécules d’intérêt chimique CH3COCH3, HCHO, CHOCHO, HCOOH, CH3COOH Sources feux : HCN,CH3CN 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 ?