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mai 2017 | juillet 2017

Troposphère - Stratosphère

Evènements Lumineux Transitoires
Feux de Biomasse
Volcans

Evènements Lumineux Transitoires

Red sprites, blue jets, and elves
NASA and adapted from Carlos Moralles (AeroVironment and Tom Nelson (FMA)

Dans le cadre de la mission TARANIS, nous nous intéressons à la production d’espèces chimiques liée aux décharges électriques. Les travaux menés permettent le développement d’un modèle de propagation de décharge électrique dans la stratosphère, couplé au modèle de chimie MIPLASMO du LPC2E étendu à la chimi e plasma des espèces excitées (incluant environ 700 réactions chimie-plasma). Les premiers résultats ont permis d’évaluer la production de NOx associée d’une décharge type Blue Jet ou Gigantic Jet. Ainsi les résultats du modèle MIPLASMO-décharge électrique ont servi d’entrée pour une étude de faisabilité de l’instrument HALESIS (High Altitudes Luminous Events Studied) en collaboration avec le LATMOS

Publications et communications associées :

Croizé et al., 2015.

Feux de Biomasse

L’objectif est d’étudier les caractéristiques physico-chimiques des feux de biomasse, aux niveau des sources d’émissions et au cours de leur transport à haute altitude, ainsi que leurs impacts sur la qualité de l’air et le climat.

• Chimie au cœur du panache
L’objectif est de mieux caractériser et quantifier les émissions des feux et la chimie du panache. Ces données mal connues sont une grande source d’incertitude dans les modèles chimie-climat d’impacts des feux. Ces études sont menées avec l’aide de mesure provenant du SPIRIT puis du SPECIES ou des mini-capteur électrochimique couplées à la modalisation.

• Impact des feux de biomasse sur le contenu en aérosols :
L’étude du rôle des feux de biomasse issus d’Afrique et de l’Asie du sud-est, sur le contenu en aérosols de l’UTLS respectivement au-dessus de l’Océan Indien et dans l’anticyclone de la mousson asiatique, est conduite via des mesures sous ballons avec LOAC depuis St-Denis-de-la-Réunion (cadre de projets du LEFE-CHAT SATORI, de l’Université de la Réunion et du Labex VOLTAIRE) et depuis l’Inde (projet BATAL, Labex VOLTAIRE). La contribution de ces différentes sources et les mécanismes de transport des aérosols et précurseurs à l’échelle globale sont également investigués au moyen du modèle de Chimie-Climat WACCM.

• Etude du transport d’un panache

Feux de biomasse en région équatoriale pendant SHIVA par le hublot du falcon-20 et par le satellite de la NOAA

L’exploitation des résultats liés aux campagnes aéroportées DACCIWA-APSOWA et SHIVA (7ème PCRD) vis-à-vis de la chimie et du transport des panaches de feux de biomasse en région équatoriale est menée à l’aide des modèles régionaux FLEXPART et CCATT-BRAMS (bientôt remplacé par WRF-CHEM). Il s’agit principalement de comprendre l’évolution de la composition chimique du panache au cours du temps et du transport dans l’atmosphère, et son impact à l’échelle régionale sur la qualité de l’air et le climat.

Volcans

L’objectif est de mieux caractériser et quantifier les émissions volcaniques (gaz et aérosols) ainsi que leur contribution à la composition chimique et particulaire de la troposphère et de la stratosphère. Le programme de recherche est un continuum d’études de mécanismes depuis les processus sub-surface, la réactivité à l’intérieur du panache volcanique, la caractérisation des flux d’émissions et l’impact de ces émissions sur la composition chimique et particulaire de la troposphère et de la stratosphère. Ce continuum s’appuie sur des mesures de laboratoire, des mesures in situ, des mesures à distance, ainsi que sur des outils de modélisation à différentes échelles, allant du modèle de processus au modèle Chimie-Climat.

• Volcans – Dégazage : mécanisme de dégazage et la chimie haute température
L’objectif étant de pouvoir prédire l’évolution de l’activité volcanique à partir de la surveillance des émissions et à l’inverse de prédire les émissions à partir d’information sur le type d’activité volcanique. Dans le cadre de l’Equipex PLANEX (2012-2019) piloté par l’ISTO, des mesures des gaz émis par le magma soumis à des fortes températures (> 1000°C) et pressions (> 1000 bar), sont susceptibles de donner des informations sur les processus sub-surfaces et la chimie haute température lors du mélange initial entre gaz volcaniques et air ambiant. Ces processus sont mal compris, en particulier la manière dont ils modulent les émissions d’halogènes.

• Volcans – Panache : Réactivité et chimie des processus à l’intérieur du panache volcanique
L’objectif est de comprendre les émissions volcaniques et l’évolution de chimie rapide à haute température au sein des panaches lors d’éruptions actives et passives, en particulier la chimie halogène-aérosols qui cause la destruction d’ozone et le dépôt du mercure. Le devenir des composés halogénés et des aérosols au sein des panaches sont caractérisé grâce à des mesures in-situ au sol (collaboration INGV), par drone avec des transects du panache (collaboration LA, Toulouse et Labex CLERVOLC, projet ANR-STRAP) et sur la verticale à l’aide d’instrumentations sous ballon météo/CMET (collaboration University of Leeds). Les instruments déployés sont des mini-capteurs électrochimiques pour les gaz SO2, HCl et autres et le LOAC.

Colonnes de SO2 observées par OMI et simulées par CCATT-BRAMS (01/2005) lors du dégazage intense de l’Ambrym (Vanuatu) .

• Volcans-Impacts : Impact des émissions volcaniques sur le système climatique
Afin de pouvoir quantifier les impacts à l’échelle régionale et globale, des émissions réactives halogène-aérosols-SO2 des volcans, la modélisation est partie intégrante du thème volcan : les modèles de chimie haute température (HSC), chimie 0D (PlumeChem), régional troposphérique (actuellement CCATT-BRAMS, puis WRF-CHEM) et chimie-Climat (WACCM-CARMA avec microphysique). Les modèles de processus permettront d’interpréter les mesures des campagnes et d’identifier les processus-clés afin d’effectuer les sauts d’échelles vers l’échelle régionale et globale. Les données acquises sont particulièrement utiles pour initialiser et de valider les simulations à plus grande échelle.

Diminution de l’ozone (en %) due aux émissions de l’Ambrym en janvier 2005 calculée par le modèle CCATT-BRAMS.

• IMAGETNA or Volcans-Flux
La connaissance des flux d’émission des espèces chimiques émises par les volcans et leur variabilité sont nécessaires pour pouvoir évaluer la contribution des volcans à la composition chimique de l’atmosphère. L’objectif est de pouvoir étudier les flux d’émissions de plusieurs espèces typiques telles SO2, CO2, HNO3, grâce à la technologie novatrice d’imagerie hyperspectrale dans l’infrarouge.

Pour en savoir plus :
Extrait du film « Scanner l’ETNA, en grande profondeur, une expédition inédite ». Pour l’’OSUC produit par 4scienceprod
http://dai.ly/x50bjo8

Publications et communications associées :

S. Payan, et al. , EGU General Assembly, 2016.
Lurton,T. et al., EGU General Assembly, 2016.
Jourdain L., et al., Atmospheric Chemistry and Physics, 2016
Vignelles D., et al., Earth and Planetary Science Letters, 2016.
Huret, N.,et al., AGU Fall Meeting, San Francisco, 2015.
Roberts T. J., et al., Journal of Volcanology and Geothermal Research, 2014.
Roberts T.J., et al., Atmospheric Chemistry and Physics, 2014.
Roberts T.J., et al. Atmospheric Chemistry and Physics, 2014.
Jégou, F., et al., Atmospheric Chemistry and Physics., 2013.

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