Les aérosols atmosphériques au-dessus de l'Atlantique Nord Tropical : approche physico-chimique et météorologique : évaluation de la contribution des différentes espèces à l'épaisseur optique en aérosol

Atmospheric aerosols over the north tropical atlantic : physico-chemical and meteorological approach : role of the various components on the aerosol optical depth

• Auteur / Autrice : Isabelle Chiapello
• Direction : Gilles Bergametti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre, océan, espace
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Paris 7

Résumé

L'objet de ce travail est de documenter les parametres physico-chimiques qui controlent les proprietes optiques des aerosols atmospheriques dans la region de l'atlantique nord tropical oriental. Il s'agit, de facon plus generale, d'ameliorer la parametrisation de l'effet radiatif des aerosols dans les simulations climatiques, et de fournir une base de donnees regionale de validation pour les modeles globaux d'aerosol. Pour ce faire une station de mesures a ete mise en place aux iles du cap vert, incluant un suivi journalier des concentrations d'aerosol sur une periode de plusieurs annees, des mesures de l'epaisseur optique en aerosol (qui traduit son effet radiatif direct), et des mesures des proprietes granulometriques des aerosols. L'analyse chimique des echantillons a permis de determiner les concentrations elementaires et de quantifier les differentes especes d'aerosol presentes. La region de l'atlantique nord tropical est caracterisee par des concentrations en poussieres minerales d'origine saharienne parmi les plus elevees mesurees en region oceanique, aussi ces particules d'origine crustale ont-elles fait l'objet d'une attention particuliere. La variabilite saisonniere des concentrations de poussieres minerales et l'analyse des situations meteorologiques regnant sur l'atlantique nord tropical, ont permis de comprendre les mecanismes de transport de l'aerosol saharien. L'existence d'un transport additionnel en hiver dans les basses couches de l'atmosphere a ete mise en evidence. Une approche meteorologique et geochimique des regions-source de poussieres a permis de distinguer trois grandes regions productrices (nord saharienne, sud saharienne et sahelienne). L'etude combinee des trajectographies de masse d'air et des flux de production simules sur le sahara a permis de preciser la localisation des zones de soulevement au sein de ces grandes regions. La variabilite des concentrations de sels marins, autre composante importante en terme de masse de l'aerosol en region oceanique, a pu etre expliquee en relation avec la vitesse du vent local en hiver, les niveaux de concentrations observes en ete etant probablement lies a des phenomenes d'advection. Le soufre a ete utilise, apres correction de ses composantes marine et crustale, pour le tracage des sulfates en exces, produits par conversion gaz-particules. L'etude de la variabilite temporelle des concentrations de soufre en exces et des trajectographies de masse d'air nous a conduit a privilegier une influence majeure des sources anthropogeniques (africaines en hiver et probablement europeennes en ete) sur les concentrations de sulfates en exces. De plus, le transfert d'une partie importante de la masse des sulfates en exces sur les sels marins en periode claire, et sur les particules de calcite d'origine crustale en periode de poussieres a ete mis en evidence a partir des distributions granulometriques de ces particules. Afin d'evaluer la contribution de chacune de ces especes a l'epaisseur optique totale en aerosol, leurs proprietes optiques (sections efficaces specifiques d'extinction) ont ete calculees, en relation avec leurs natures chimiques et leurs distributions granulometriques. Ceci a permis de calculer, a partir des concentrations de chacune des composantes de l'aerosol, l'extinction du rayonnement solaire, qui combinee a une evaluation de la repartition verticale des differentes especes d'aerosol, permet d'atteindre l'epaisseur optique en aerosol. L'epaisseur optique en aerosol ainsi calculee est en bon accord general avec l'epaisseur optique mesuree. Les resultats obtenus montrent qu'il existe un bruit de fond peu variable, de l'ordre de 0. 05 en epaisseur optique, du aux sels marins et aux sulfates en exces, mais que la variation de l'epaisseur optique totale en aerosol dans cette region est presque totalement gouvernee par la variation de l'epaisseur optique en poussieres minerales d'origine saharienne. Ainsi, de facon plus generale, en region oceanique, les epaisseurs optiques en aerosol superieures a 0. 3 ne semblent pouvoir etre observees que sous le panache de poussieres d'origine desertique. Ces resultats tendent a confirmer la necessite de prendre en compte l'effet radiatif de ce type d'aerosol naturel, dont les emissions sont tres sensibles aux changements meteorologiques, pour l'evaluation du forcage radiatif du aux aerosols tropospheriques.