Properties, variability, formation processes, and evolution of atmospheric aerosols: Contribution of fixed or mobile in-situ measurements
Propriétés, variabilités, processus de formations et évolutions des aérosols atmosphériques : Apport des mesures in situ fixes ou mobiles
Résumé
Tropospheric aerosols are of major interest due to their influence on Earth's radiative balance and their impacts on human health, with millions of premature deaths worldwide attributed to particulate pollution each year. However, characterizing them remains complex due to the wide variety of emission sources leading to aerosols with diverse physicochemical, optical, and hygroscopic properties. Furthermore, their presence and behaviour in the atmosphere vary both spatially and temporally and depend notably on their properties, which constantly evolve during transport, as well as the meteorological conditions.
The primary objective of my research activities, synthesized in this work, is to improve the quantification and understanding of the spatiotemporal dynamics of tropospheric aerosols at the surface using mobile or fixed in-situ measurement methods. Since my assignment at LOA, I have been developing the 'in-situ' instrumental park dedicated to aerosol measurement, complementing the historical remote sensing measurements conducted for several decades at this site through ATOLL (ATmospheric Observatory in LiLle).
My research activities are organized into three axes:
Axis 1, "New Particle Formation", highlights the significant impact of NPF events on air quality, particularly in urban areas, underscoring the need for comprehensive monitoring of ultrafine particles (Dp < 20nm) to anticipate and mitigate their adverse effects on public health.
Axis 2, "Aerosol-Water Vapor Interactions", reveals the challenges in understanding the interactions between aerosols and water vapor under sub- and supersaturated conditions depending on their mixing state. We particularly demonstrate the limitations of overly simplistic parameterizations neglecting nitrate concentration, which is more predominant than sulfate, in European atmospheric aerosols.
Axis 3, "Link Between Physical, Chemical, and Optical Properties", highlights, through in-situ measurement and remote sensing, the main sources of current uncertainties in retrieving surface aerosol mass from optical depth as provided by ground- or satellite-based remote sensing observations. By focusing on surface in-situ measurements, a parameterization has been developed to retrieve aerosol chemical composition from optical measurements. Additionally, based on the IMPROVE equations and the full set of in-situ physicochemical measurements at ATOLL, we have proposed a determination of the optical efficiency coefficients of different types of aerosols present in the Lille region.
Building upon this work, I will also explore the contribution of low-cost and mobile in-situ measurements to further understand the temporal and spatial variability of aerosols in different environments (indoor and outdoor) as well as their health impacts.
Les aérosols présents dans la troposphère suscitent un intérêt majeur de par leur influence sur le bilan radiatif terrestre et leurs impacts sur la santé humaine, avec des millions de décès prématurés dans le monde imputés à la pollution particulaire chaque année. Leur caractérisation demeure cependant complexe en raison de la grande diversité des sources d'émission entrainant des aérosols dont les propriétés physico-chimiques, optiques et hygroscopiques sont variées. De plus, leur présence et leur comportement dans l'atmosphère sont variables dans l'espace et dans le temps et sont dépendants notamment de leurs propriétés, évoluant constamment durant leur transport, et des conditions météorologiques. Mes activités de recherches synthétisées dans cette Habilitation à Diriger les Recherches ont pour objectif principal d’améliorer la quantification et la compréhension de la dynamique spatio-temporelle des aérosols troposphériques en surface, à partir de méthodes de mesures in-situ mobiles ou fixes. Depuis mon affectation au LOA, je développe le parc instrumental ‘in-situ’ dédié à la mesure des aérosols équipant ATOLL (ATmospheric Observatory in LiLle) en complément des mesures historiques de télédétection menées depuis plusieurs décennies sur ce site. Mes activités de recherches sont alors organisées selon 3 axes :
L'axe 1, "Formation de nouvelles particules", dans lequel est mis en évidence l'impact significatif des événements de FNP sur la qualité de l'air, en particulier en milieu urbain, soulignant la nécessité d'un suivi exhaustif des particules ultra-fines (Dp < 20nm) pour anticiper et atténuer leurs effets néfastes sur la santé publique.
L’axe 2, « Interactions aérosols et vapeur d’eau », révèle les défis à relever pour mieux comprendre les interactions entre les aérosols et la vapeur d'eau en régime sous et sur saturé en fonction de leur état de mélange. Nous montrons en particulier les limitations des paramétrisations les plus simplistes négligeant la concentration de nitrate, plus prédominante que le sulfate, dans l'aérosol atmosphérique en Europe.
L’axe 3, « Lien entre propriétés physiques, chimiques et optiques», met en évidence, à partir de mesure in-situ et de télédétection, les principales sources d’incertitudes actuelles pour restituer la masse des aérosols en surface à partir d’épaisseurs optiques, telles que fournies par les observations de télédétection sol ou satellitaires. En se limitant aux mesures in-situ en surface, une paramétrisation a été développée pour restituer la composition chimique des aérosols à partir de mesures optiques. De plus, en se basant sur les équations IMPROVE et l’ensemble des mesures physico-chimiques in-situ d’ATOLL, nous avons proposé une détermination des coefficients d’efficacité optique des différents types d’aérosols présents en région Lilloise.
Dans la continuité de l'ensemble de ces travaux, je m'intéresserai également à l'apport de mesures in situ, à bas prix et mobiles, afin d'étendre la compréhension de la variabilité temporelle et spatiale des aérosols dans différents environnements (intérieur et extérieur) ainsi que leurs impacts sanitaires.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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