Les Aérosols dans MesoNH Journées MesoNH 2005. Position du problème.

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1 Les Aérosols dans MesoNH Journées MesoNH 2005

2 Position du problème

3 Sources naturelles d’espèces gazeuses et particulaires Volcans SO2, Particules,... Forêts Isoprène, monoterpènes,... Océans NaCl, DMS, Matière organique,...

4 Sources anthropiques d’espèces gazeuses et particulaires Industries Particules et gaz Trafic routier Particules de suie, COV, SO 2, NOx,... Feux de biomasse Particules de suies, COV, NOx, K,... Agriculture pesticides, NH 3, HNO 3,...

5 Coagulation Représentation tri-modale de Whitby, 1978 Mode Nucléation Mode d’accumulation Mode grossier 0,0010,010,1110100 D µm Distribution Espèces condensables Condensation/absorption nucléation poussières, génération mécanique,...

6 Modèle sphérique Morphologie des particules Particules types Diesel Lyyränen et al., 1999 Lafon et al., 2000 (soumis) 1 µm 500 nm1µm Composition et Texture

7 Morphologie des particules de combustion Influence sur : - les processus microphysiques (coagulation, dépôt, …) - les processus chimiques (absorption, catalyse, …) Shi et Harrison, 2000 - Particules de type diesel Surface

8 Composition des particules « black carbon » Cristaux Métaux,... H2OH2O H 2 SO 4 HNO 3 H +, NO 3 - SO 4 2- HSO 4 - H 2 SO 4 NH 3 NH 4 + Ca 2+, Fe 3+ Mg 2+ HCl Cl - OH - Na + Organiques H2OH2O - Minéraux -H 2 0, sulfates,nitrates, black carbon,... - Organiques Primaires - Alcanes, HAP, … Secondaires - Acides carboxyliques, aldéhydes, …

9 Air Texture et structure des particules Phase liquide visqueuse (amorphe) organiques et minéraux Partie solide Cachier, 1998 «Jus» organique Espèce amphiphile Acides, etc... Milieu micellaire Gill et al., 1983 ou milieu de type polymère Gelencser et al., 2000

10 Intérêt météorologique…

11 Impact des particules - Impact radiatif refroidissement effet de serre Rayon incident 0 Absorption Diffusion - Impact sanitaire particules toxiques (mutagènes)

12 Impact climatique IPCC

13 Approche de modélisation

14 Trafic routier, émissions industrielles et urbaines, incendies… Précuseurs volatils : SO2, NOx, NH3, COV transformations chimiques espèces condensables : SOA, H 2 SO 4, HNO 3 … nucléation condensation dépôt sec et humide, sédimentation Cycle de vie des aérosols santé Aérosols primaires BC, OC, sels marins, poussières Aérosols impact radiatif Rayonnement solaire CCN nuages

15 Représentation graphique Nom Discrète Spline Sectionelle Modale Monodispersée Nombre d ’équations à résoudre Choix du spectre granulométrique ORISAM (INERIS / LA) ORILAM (CNRM / LA) Trop cher Trop simpliste

16 Mise en œuvre des modèles dans MESO-NHC ORISAM ORILAM Thermodynamique ISORROPIA (Nenes et al, 1998); ARES (Binkowski, 1995) Modèle microphysique Coagulation ( Gelbard et Seinfeld, 1980) Condensation (Pankov, 1994) Nucléation (Kulmala, 1998) MESO-NHC Primaires : BC, OC Inorganiques : H 2 SO 4, NH 3, HNO 3, H 2 O Organiques : SOAA, SOAB Dépôt sec des particules Sédimentation Chimie aqueuse des sulfates Chimie hétérogène des nitrates Particules SO 4 2-, NO 3 -,… H 2 SO 4, HNO 3, NH 3 totaux SOA totaux SOA, HNO 3, NH 3 gaz

17 Évolution du modèle ORILAM- Secondaires organiques Eq. minéral ISORROPIA (Nenes et al, 1998); ARES (Binkowski, 1995) Eq. Organique Schéma Pun et al. Schéma MPMPO Schéma réactionnels CACM –189 espèces ReLACS2 – 83 espèces Schéma réactionnels CACM –189 espèces ReLACS2 – 83 espèces Particules LWC, POM NH4,NO3,SO4 H 2 SO 4, HNO 3, NH 3 totaux Organiques SOA-hydrophiles, SOA-hydrophobes NH4+, NO3--, SO4--, PH LWC Thermodynamique Phase aérosol gazeux

18 Émissions de poussières désertiques

19 Quelques résultats…

20 ESCOMPTE POI2b

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22 Bientôt Disponible en version Standard MesoNH CHIMIE 1)Schéma aérosol ORILAM 2)Schéma réactionnels CACM et ReLACS2 (adaptés à la formation des organiques secondaires) DYNAMIQUE 1)ORILAM-DUST : aérosols passifs pour le transport des des poussières désertiques 2)Émissions de poussières en-ligne couplée avec ORILAM-DUST 3)Effet direct des poussières 4)Effet semi-direct via les bases climatologiques par défaut

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24 Condensation/absorption Carbone élementaire et organique Minéraux Métaux H2OH2O H 2 SO 4 HNO 3 SO 2 NO x H +,NO 3 - SO 4 2- HSO 4 - NH 3 NH 4 + Processus de combustion Espèces organiques semi-volatiles Organiques secondaires Composés organique gazeux Cendres, poussières Réactions photochimiques 3 Composante inorganique: équilibre thermodynamique phase gazeuse - phase aérosol (temps caractéristique < pas de temps du module) 3 Composante organique: création d'organique secondaire en phase aérosol par processus d'absorption (Pankow, 1994)