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Troposphère

Biogéosphère
Pollution & Climat
Sites & Sols pollués

Biogéosphère

Les travaux portent sur l’étude de l’impact des changements globaux (pollution, exploitation des milieux, climat) sur le fonctionnement biogéochimique des écosystèmes naturels et anthropisés et sur les émissions de Gaz à Effet de Serre (GES) et autres Composés Organiques Volatils (COV) par ces écosystèmes. L’objectif est de mieux apprécier les rétroactions sur la composition chimique de l’atmosphère, sur la qualité de l’air, et l’évolution du climat futur. Les écosystèmes principalement étudiés sont les tourbières à Sphaignes (fonction puits de carbone ; émissions de CO2 et CH4) très vulnérables aux changements globaux (projets PEATWARM, CARBIODIV, CliMireSiber) et les champs agricoles (émissions de N2O) fortement liés au amendements azotés et carbonés et aux pratiques agricoles (projet SPATIOFLUX).
Ces études s’intègrent au sein LABEX VOLTAIRE et sur les Plateformes PESA et PRAT du Projet PIVOTS et en particulier sur les instruments SPIRITS développés au LPC2E pour la mesure de GES dont l’un vendu et utilisé à l’INRA (équipe Sciences du Sol, Ardon) en collaboration.

Etude au niveau des tourbières à Sphaignes

Mésocosme de tourbes

Le suivi spatio-temporel en 2013-14 des émissions de CO2 effectué sur les 4 sites du SNO Tourbières et du CH4 sur la tourbière de La Guette (Sologne) permettent d’optimiser la modélisation des flux de CO2 et CH4 par la hiérarchisation des variables environnementales qui les impactent. Le bilan de C montre que la tourbière de la Guette fonctionne en source de C vers l’atmosphère (220 gC.m2.an-1) sur cette période. La restauration hydrologique récente de la tourbière de la Guette permet d’étudier les effets sur le stockage du carbone et la biodiversité (CARBIODIV) ; Des études complémentaires pour mieux paramétrer l’impact d’un stress hydrique, d’une pollution, ou de l’invasion de plantes vasculaires sont aussi réalisées sur mésocosmes de tourbes.

Etudes des émissions de N2O au niveau des champs agricoles

Observatoire Spatialisé Orléanais des Sols : Villebon (Beauce)

Le suivi spatio-temporel des émissions de N2O sur le site OS² à différentes échelles de la parcelle agricole permet d’évaluer notre compréhension de la variabilité spatiale de ces émissions (comparaison mesures-modèles) et de comprendre l’impact des activités agricoles sur les émissions de N2O. L’introduction du stochastisme dans le modèle NOE (Nitrous Oxyde Emissions) de l’INRA permet de simuler la distribution des émissions de N2O à différentes échelles intra-parcellaires et l’étude des pratiques agricoles (drainage) permet de comprendre les modes d’émissions de N2O. La précision sur l’évaluation des flux (par upscaling) à l’échelle du champs agricole est étudiée à partir de mesures de SPIRIT sur chambres automatiques installée s dans l’empreinte spatiale de mesure d’une tour à flux.

Publications et communications associées :

Bureau J. et al, Submitted to Agriculture, Ecosystems and Environment, 2016
Leroy F. et al, submitted to Soil Biology and Biochemistry, 2016
Grossel A. et al, Agriculture, Ecosystems and Environment, 2016
D’Angelo B. et al, Agricultural and Forestry Meteorology, 2016.
Guimbaud C. et al., Journal of Environmental Sciences, 2016.
Grossel A. et al., Ecological Modelling, 2014.
Guimbaud, C. et al., Meas Sci Technol, 2011.
Gogo, S. et al., Journal of Soils and Sediments, 2011.

Pollution & Climat

L’équipe est investie dans la mesure et la caractérisation de la pollution émise en basse troposphère par les activités humaine. Ces études permettent la mesure aussi bien des aérosols que des composés gazeux comme les HOx, les RO2, CO2, CO, N2O et NO2 le tout couplés à une étude par modélisation. Les campagnes de mesures sont variées aussi bien sur le lieux : le bassin méditerranée, les zones urbaines (Paris, Orléans, Angers), l’Afrique ou en région polaire ; que sur les moyens de mesure : au niveau du sol, par avion, en ballon ou en laboratoire ; mais ces études se regroupent avec le seul but qu’est l’étude des émissions anthropiques.

Campagne de Terrain :

- Etudes du bassin Méditerranéen :

Emissions de NO2 mesuré par SPIRIT pendant APSOWA

C’est au sein du projet CHARMEX (2010-20), faisant partie du programme MISTRALS de l’INSU, que l’étude du bassin méditerranéen s’effectue avec plusieurs campagnes incluant la mesures des aérosols par ballons avec l’instrument LOAC, des radicaux libre HOx & RO2 liés à la pollution côtière au sol par l’instrument SAMU ou N2O, CO2, CH4 et CO par SPIRIT à bord du Falcon-20 (SAFIRE) (Projet GLAM).

- Etudes des émissions en Afrique de l’Ouest :
Des mesures à bord du Falcon-20 du DLR ont été réalisées par SPIRIT au niveau de l’Afrique de l’Ouest. Ses mesures sont couplées à d’autres mesures effectuées et à de la modélisation afin d’étudier l’influence de la pollution (plateforme pétrolières, trafic maritime et urbaine) sur la chimie de la troposphère dans la région (projet DACCIWA/APSOWA)

- Etudes en régions polaires :
L’analyse de la capacité oxydante de la couche limite atmosphérique en Antarctique de l’Est est réalisée à l’aide de mesures radicalaires de SAMU réalisées dans le cadre du projet ANR OPALE.

Mesure en zone urbaine :

- Mesures en région Parisienne :

a) Ballon touristique de Paris, b) LOAC

Un LOAC est installé depuis 2013 au ballon touristique de Paris « Observatoire Atmosphérique Generali ». Les résultats sont présentés en temps réel dans le pavillon d’accueil du public, et sur le site web « ballondeparis.com ». Bientôt, Des mesures au niveau de Palaiseau sont effectuées avec la mis en place d’un LOAC au sol sur la plateforme du SIRTA et la possibilité d’effectuer des vols sous ballon captif.
Avec le projet MEGAPOLI, la génération de HONO pendant la journée sur la base de mesures des radicaux HOx par SAMU en région parisienne est étudiée.

- Mesures en région Orléanaise :
C’est au cœur du super-site VOLTAIRE – HELIOS que la mesure des aérosols primaire par LOAC et l’étude des aérosols secondaire par SAMU s’effectue en collaboration avec Lig-Air (réseau de surveillance de qualité de l’air) et le laboratoire ICARE. Le but de ces mesures est de suivre les épisodes de brouillard et de pollution locale/régionale et d’étudier leur variabilité spatiale et temporelle.

- Mesures en Pays de la Loire :
Un LOAC est installé à bord du ballon captif touristique "Terra Botanica" à Angers. Couplé avec les autres LOAC, il permettra d’étudier le transport de la pollution à l’échelle régionale.

Mesure en Laboratoire :

- Etudes en laboratoire de réactivité chimique & Aérosols Organiques Secondaires

Chambre de simulation HELIOS du laboratoire ICARE

L’instrument SAMU couplé à un réacteur à écoulement à pression atmosphérique ou un réacteur turbulent au sein de la chambre HELIOS (laboratoire ICARE) permettent l’obtention de résultats sur la chimie de bi-radicaux de Criegee (CB) dans la formation des aérosols organiques (projets LEFE-CHAT CRASA & ANR COGNAC) et des résultats sur la formation de l’alkyl nitrates dans les réactions des radicaux RO2 avec NO.

Sites & Sols pollués

L’objectif est de réduire les couts de suivi d’une dépollution stimulée sur Sites industriels et Sols Pollués par analyse (sans excavation) de gaz émis en surface du sol vers l’atmosphère en temps réel ; ceci pour améliorer en temps réel les « process » biologiques et chimiques des traitements

Etudes du rapport isotopique 13C/12C :

Suivi en ligne d’une efficacité de biodépollution par méthodes geochimique (gaz) et géophysique

Le LPC2E a concrétisé une collaboration avec le BRGM dans le cadre de l’OSUC et du Labex VOLTAIRE en étant partenaire dans le projet ANR ECOTECH « BIOPHY » (2011-15), impliquant aussi des industriels TOTAL & Serpol, ceci afin de développer la technique IRIS (Isotope Ratio Infrared Spectroscopy) pour comprendre les origines biogéochimiques des émissions de gaz traces, par la caractérisation du rapport isotopique 13C/12C du CO2 émis par les biogéosurfaces continentales et en particuliers par les sites industriels pollués aux hydrocarbures pétroliers.

Etudes de la cinétique de dépollution :
Des études pourront être poursuivies sur la Plateforme PRIME (Univ.Orléans-BRGM) du projet PIVOTS afin de maitriser la cinétique de dépollution à partir d’un sol plus homogène et contrôlé dans un but de réduire des couts de suivi d’une dépollution.

Publications et communications associées :

- Noel C., et al., Applied and Environmental Soil Science, 2016.
- Noel C., et al., Near Surface Geophysics, 2016.
- Guimbaud C., et al., Journal of Environmental Sciences, 2016.

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