Academic literature on the topic 'Aérosols naturels'

Le but de cette étude était de documenter aussi précisément que possible le bilan de masse des aérosols minéraux désertiques qui sont des acteurs importants du système climatique terrestre puisqu'ils présentent un flux en masse annuel égal à environ la moitié du flux d'aérosols total. La mise en évidence de certains cas délicats à modéliser a conduit à mettre l'accent, dans ce travail, sur deux problèmes clefs de l'Afrique du nord : la région de Bodélé, du fait d'une topographie locale complexe, et les lignes de grains sahéliennes dont l'interaction avec les émissions d'aérosols minéraux reste encore largement inconnue.
Cette étude a été réalisée à l'échelle méso haute résolution en utilisant le modèle Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) couplé en ligne avec le Dust Production Model (DPM) développé par Marticorena et Bergametti [1995] et Laurent [2005]. Afin d'examiner la capacité de ce modèle à reproduire les émissions d'aérosols minéraux dans la région complexe de Bodélé, nous avons tout d'abord modélisé la période correspondant à la campagne Bodélé Dust Experiment 2005 (BoDEx 2005). Notre modèle a ainsi été capable de reproduire les caractéristiques météorologiques locales (principalement le vent dans les basses couches) ainsi que les concentrations en aérosols minéraux et la structure du panache observées pendant la campagne. Nous avons aussi vérifié que les aérosols émis depuis cette région du monde atteignent le continent sud américain.
De plus, cette validation nous a permis de vérifier le constat établi par divers auteurs : les modèles à grande échelle (MCG) ont souvent du mal à reproduire correctement les champs de vent dans la région de Bodélé. Nous avons alors entrepris une étude climatologique (sur l'année 2001) sur une zone étendue autour de la région de Bodélé à différentes résolutions spatiales afin de caractériser les phénomènes de basses couches qui pourraient expliquer ce biais quasi-systématique des MCG. Ce travail a été validé grâce aux données de routine des stations de mesure de surface ainsi que grâce à l'imagerie satellite.
Le deuxième cas sur lequel la validation de notre outil était nécessaire est constitué par les événements de ligne de grains qui se succèdent sur la zone sahélienne lors de l'été boréal. Cette validation a été réalisée sur un événement bien documenté des périodes d'observations spéciales 1 et 2 de la campagne Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine (AMMA).

Le but de cette étude était de documenter aussi précisément que possible le bilan de masse des aérosols minéraux désertiques qui sont des acteurs importants du système climatique terrestre puisqu'ils présentent un flux en masse annuel égal à environ la moitié du flux d'aérosols total. La mise en évidence de certains cas délicats à modéliser a conduit à mettre l'accent, dans ce travail, sur deux problèmes clefs de l'Afrique du nord : la région de Bodélé, du fait d'une topographie locale complexe, et les lignes de grains sahéliennes dont l'interaction avec les émissions d'aérosols minéraux reste encore largement inconnue. Cette étude a été réalisée à l'échelle méso haute résolution en utilisant le modèle Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) couplé en ligne avec le Dust Production Model (DPM) développé par Marticorena et Bergametti [1995] et Laurent [2005]. Afin d'examiner la capacité de ce modèle à reproduire les émissions d'aérosols minéraux dans la région complexe de Bodélé, nous avons tout d'abord modélisé la période correspondant à la campagne Bodélé Dust Experiment 2005 (BoDex 2005). Notre modèle a ainsi été capable de reproduire les caractéristiques météorologiques locales (principalement le vent dans les basses couches) ainsi que les concentrations en aérosols minéraux et la structure du panache observées pendant la campagne. Nous avons aussi vérifié que les aérosols émis depuis cette région du monde atteignent le continent sud américain. De plus, cette validation nous a permis de vérifier le constat établi par divers auteurs : les modèles à grande échelle (MCG) ont souvent du mal à reproduire correctement les champs de vent dans la région de Bodélé. Nous avons alors entrepris une étude climatologique (sur l'année 2001) sur une zone étendue autour de la région de Bodélé à différentes résolutions spatiales afin de caractériser les phénomènes de basses couches qui pourraient expliquer ce biais quasi-systématique des MCG. Ce travail a été validé grâce aux données de routine des stations de mesure de surface ainsi que grâce à l'imagerie satellite. Le deuxième cas sur lequel la validation de notre outil était nécessaire est constitué par les événements de ligne de grains qui se succèdent sur la zone sahélienne lors de l'été boréal. Cette validation a été réalisée sur un événement bien documenté des périodes d'observations spéciales 1 et 2 de la campagne Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine (AMMA)

La mesure, dans les appareils de terrain, individuels, portables ou a poste fixe, des aerosols radioactifs issus des chaines de l'uranium 238, du thorium 232 et plus particulierement des descendants a vie courte des isotopes du radon est le plus souvent realisee a l'aide de detecteurs solides de traces necessitant un traitement en laboratoire. Pour pallier ce probleme et permettre une mesure en temps reel, les recherches menees au cours de cette these ont permis de concevoir, de simuler et de realiser une solution electronique de mesure des radionucleides naturels. Dans ce cadre, trois elements principaux ont ete etudies: une tete de detection electronique des rayonnements gamma a blindage actif de faible encombrement pour la mesure des descendants a vie courte du radon, une tete de mesure basee sur un detecteur silicium permettant d'analyser par spectrometrie les particules alpha emises par les autres radionucleides a vie courte ou a vie longue, l'electronique de traitement a tres faible consommation comprenant la preamplification, l'amplification, la mise en forme et l'analyse d'amplitude par spectrometrie du signal de charges genere par les detecteurs semi-conducteurs utilises pour ces deux types de mesures

Cette thèse est une contribution au thème crucial de l'impact climatique de la matière particulaire dans l'atmosphère, dont on soupçonne qu'il pourrait être du même ordre que l'effet de serre des gaz, mais peut-être de signe opposé. L'outil central de ce travail est le modèle météorologique RAMS. Ce travail exploite les rares données de terrain disponibles dans cette région, données indispensables pour la validation des calculs par modèle. Sur la base d'un DPM validé en Afrique, nous proposons ainsi un cadastre d'émission éolienne de poussières désertiques 1°X1° recouvrant les zones désertiques et semi-arides en Mongolie et Chine du Nord. Cette source est validée par l'étude d'une forte tempête de poussieres minérales datant d'Avril 1998. Nous montrons ensuite son aptitude à restituer en détail un épisode de tempête de sable enregistré au printemps 2002 en un site expérimental de la campagne ACE-ASIA. Enfin nous couplons le transport atmosphérique des poussières désertiques issues de ce cadastre avec les émissions de certains des gaz et aérosols les plus représentatifs des émissions anthropiques de polluants en Asie de l'Est. Les processus de transport et de chimie très simplifiés appliqués aux BC (particules carbonées) et au SO2 aboutissent à des mélanges et des captures quantifiables de sulfates par les poussières minérales. Les calculs d'épaisseurs optiques caractéristiques de chaque polluant dans les mélanges sont en bon accord avec les données photométriques (Lidar, AERONET, etc.) et permettent de conclure que le parti pris de notre méthode simplificatrice donne une approche des observations à la fois correcte et aisément interprétable par le nombre réduit des paramètres choisis

Les aérosols constituent une source importante de macro- et micronutriments pour l’océan hauturier. Cependant, uniquement les nutriments dissous sont considérés comme biodisponibles, c’est-à-dire assimilables par le phytoplancton. Ainsi, la quantification de leur solubilité se révèle primordiale pour (i) estimer l’influence d’un dépôt d’aérosols sur le phytoplancton, et (ii) boucler les cycles biogéochimiques de ces éléments. Dans le cadre de cette thèse, nous avons établi des gammes de solubilité de deux types d’aérosols (désertique ou volcanique) selon le mode de dépôt (sec et humide), en intégrant la variabilité en fonction de l’origine des aérosols. Ainsi, le macronutriment silicium issu des poussières désertiques est plus soluble comparé aux cendres volcaniques (jusqu’à 0.7 % contre 0.2 %), notamment via la dissolution du quartz. Le micronutriment fer se dissout majoritairement dans l’eau de pluie lors d’un dépôt humide des aérosols à l’océan via la dissolution d’aluminosilicates, avec une solubilité généralement inférieure à 0.14 % et 0.02 %, dans l’eau de pluie et eau de mer respectivement, et ce indépendamment du type d’aérosol. L’ensemble de ces résultats permet ainsi une révision des flux de nutriments atmosphériques à l’océan de surface qui pourra être in fine intégrée dans les estimations globales de modélisation biogéochimique. La réponse biologique suite à un apport de nutriments par voie atmosphérique a été déterminée dans l’Océan Indien Austral et les nutriments ont majoritairement profité à la communauté de diatomées, notamment au niveau du plateau de Kerguelen
Aerosols are an important source of macro- and micronutrients for the open ocean. However, only dissolved nutrients are considered bioavailable, i.e. assimilable by phytoplankton. Thus, the quantification of their solubility is essential to (i) estimate the influence of aerosol deposition on phytoplankton, and (ii) closing the biogeochemical cycles of these elements. We thus established the solubility ranges of two types of aerosols (desert or volcanic) according to the deposition mode (dry and wet), by integrating the variability depending on the aerosol origin. Thus, the macronutrient silicon found in desert dust is more soluble compared to volcanic ash (up to 0.7 % against 0.2 %), in particular via the dissolution of quartz. The micronutrient iron dissolves mainly in rainwater during wet deposition of aerosols in the ocean via the dissolution of aluminosilicates, with solubilities generally below 0.14% and 0.02%, in rainwater and seawater respectively, regardless of the type of aerosol. Thus, these results allow a re-estimation of atmospheric nutrients fluxes to the surface ocean which could ultimately be integrated into global biogeochemical models. Finally; the biological response to an atmospheric nutrient input has been determined in the Southern Indian Ocean and the nutrients have mainly benefited the diatom community, especially at the Kerguelen plateau

Les caractéristiques physiques d'un aérosol déterminent son évolution dans l'atmosphère, et son captage sur les surfaces et sur les systèmes d'échantillonnage. Ainsi, les particules se trouvent différemment soumises, selon leur taille, à la pesanteur, à l'inertie et à la diffusion. Mais, lorsque les particules sont électriquement chargées, la force électrostatique peut être déterminante et influencer fortement leur comportement. Par exemple, en 1998, B. S. Cohen et ses collaborateurs ont montré l'effet prépondérant de la charge sur le dépôt des particules dans l'appareil respiratoire : des particules de 20 à 125 nm portant une charge se déposent de cinq à six fois plus que des particules neutres de même taille. Les descendants à vie courte du radon contribuent très fortement à la dose moyenne annuelle incorporée par un individu. Pour améliorer ce calcul de dose, il convient de bien maîtriser les caractéristiques physiques qui influencent le comportement d'un aérosol dans l'appareil respiratoire. Dans le cas des aérosols de taille nanométrique, c'est bien souvent la force électrostatique qui prédomine. Le but de notre thèse était donc de faire progresser les connaissances sur le processus de charge électrique d'un aérosol radioactif naturel — et notamment de la fraction libre et attachée des descendants du radon. Expérimentations et modélisation ont été conduites conjointement au cours de notre étude. Dans le cadre d’une collaboration avec l’Institut de Physique Nucléaire (IPN) d’Orsay, une expérience avait pour but de mesurer la distribution de charge des ions 218Po de recul à l’aide du détecteur TOF (Time of Flight) d’un spectromètre de masse. Des sources de 226Ra d’une centaine de becquerels ont été préparées au Groupe de Radioprotection et Mesures Environnementales (RaMsEs) de l’Institut de Recherches Subatomiques de Strasbourg et au Laboratoire des Etalons et des Intercomparaisons (LEI) de l’IRSN/DEI. Deux séries de mesures ont été effectuées : la première, qui a produit une grande quantité de particules neutres avec un faible pourcentage de mono-chargées positives, a mis en évidence l’effet de la matrice de la source sur la neutralisation du 218Po. La deuxième série de mesures, effectuées avec des sources de plus grande pureté, a conduit à une distribution des descendants majoritairement neutres (74 %), avec une présence très significative de particules mono-chargées (20 %) et une petite fraction de multi-chargées (maximum +10, et moyenne +5). Ces expériences de temps de vol ont permis de mesurer pour la première fois la distribution de la charge électrique du 218Po dans le vide. De plus, nous avons constaté l’influence des quelques nanomètres d’épaisseur de matière solide traversée sur l’état de la charge, et en particulier sur la neutralisation du 218Po dès sa formation. Ces résultats sont importants, car directement applicables à la compréhension du processus de charge de la fraction attachée des descendants du radon. Une autre série d'expériences concernait la mesure de la charge totale de la fraction libre des descendants du radon à l’aide d’un tube dit "de Zeleny", en fonction de l’activité volumique de radon et du temps de résidence dans le tube. Ces expériences permettent de mesurer la fraction pénétrante du 218Po dans un tube cylindrique muni d'une électrode à son extrémité. La détermination du rapport des fractions pénétrantes, avec application ou non d’un champ électrique entre l’électrode centrale et les parois du tube, permet d’obtenir la valeur de la fraction neutre. Ces mesures ont été couplées à des simulations à l'aide du code de calcul CASTEM 2000 que nous avons validé sur le domaine de variation des paramètres expérimentaux. On décrit pour cela une équation de convection-diffusion pour la fraction chargée des descendants du radon, à laquelle on ajoute des termes sources dus à la production de 218Po par désintégration du radon, et des termes puits dus à la désintégration du 218Po, mais dus également à la neutralisation de cet aérosol chargé. Ces équations ont été validées par étapes sur différentes configurations, montrant un bon niveau de représentativité de la modélisation retenue. La comparaison des fractions pénétrantes expérimentales et numériques permet de calculer le taux de neutralisation pour des conditions expérimentales allant jusqu’à des activités volumiques de radon de 1,6 MBq/m3, activités volumiques plus importantes que celles des expériences décrites dans la littérature. Nos résultats montrent, en premier lieu, la croissance linéaire du taux de neutralisation en fonction de la racine carrée de l’activité volumique de radon pour des temps de résidence constants. De plus, nous avons constaté l’influence du temps de résidence sur le taux de neutralisation, ce qui n’avait jamais été rapporté par ailleurs. Afin de comparer nos résultats à ceux de la littérature, on a utilisé, en plus du code CASTEM 2000, un code de type Monte Carlo (MCNPX) permettant de tenir compte de la géométrie du dispositif expérimental. En effet, le taux de neutralisation est souvent donné en fonction de l’activité volumique en radon mais, pour une même activité, le nombre d’ions créés par l’ionisation alpha peut être différent suivant les dimensions du dispositif expérimental. C'est ainsi que nous avons pu comparer nos résultats expérimentaux à ceux publiés par d'autres auteurs. [source : site http://net-science. Irsn. Org]

Dans le cadre de la modelisation de la reactivite chimique de l'atmosphere, le naphtalene a ete choisi en tant qu'element representatif des hap legers. L'etude de son comportement physicochimique, menee en enceinte de simulation, tant en milieu homogene qu'heterogene, a permis de mettre en evidence le role primordial joue par le couple particules-sensibilisateurs. L'aerosol solide (muscovite, tio#2 ou cendres volantes), actif tant par sa presence que par sa nature, est a meme d'induire des phenomenes aussi bien de catalyse que d'inhibition de la formation de produits secondaires, en reference au milieu homogene correspondant. L'ampleur de ces phenomenes est neanmoins etroitement lie a la nature de l'espece active (oh, cl#2n o#3, so#2, no#2. . . ) et peut egalement s'exprimer par des perturbations d'ordre cinetique

Les particules émises, dans l’atmosphère, lors de rejets chroniques ou accidentels par les installations peuvent être soumises après dispersion à des flux verticaux par temps sec : le dépôt sec et la remise en suspension. Les flux verticaux par temps sec sont caractérisés par la vitesse de transfert vertical, qui est le rapport entre le flux de particules et la concentration atmosphérique de l'aérosol au voisinage de la surface. Lorsque cette vitesse est positive, c‘est une vitesse de dépôt sec (Vd en m.s-1) et inversement, lorsqu’elle est négative, c’est une vitesse d’émission. Il est important d'étudier leur dépôt sec en milieu prairial. En effet, les produits issus de ce milieu sont une composante de la chaine alimentaire de l’homme via l’élevage. Pour les particules de moins de 1 μm, il y a un manque de données expérimentales, ce qui entraîne une incertitude sur les résultats des modèles, qui peuvent atteindre jusqu'à deux ordres de grandeur. En outre, il n'existe pas de données de mesure de la vitesse de dépôt in situ disponibles pour les particules inférieures à 10 nm. Ces particules sont issues de réaction gaz/particules (nucléation) et peuvent concerner certains radionucléides tels que l’iode (129,131I).Après leur dépôt, ces radionucléides peuvent être remis en suspension sous l’effet de la contrainte soumise par le vent sur le couvert. Un tel phénomène est soupçonné autour de la centrale nucléaire de Fukushima. Les processus de remise en suspension des aérosols, est caractérisée par la vitesse de transfert vertical (m.s-1) mais également par le coefficient de remise en suspension (Ks en m-1) qui est le rapport entre la concentration atmosphérique et la concentration surfacique de particules. Des incertitudes rémanentes de 2 à 3 ordres de grandeurs sur les coefficients de remise en suspension existent. La remise en suspension concerne l’ensemble des particules présentent sur le couvert qu’elles soient inertes ou vivantes (champignons, bactéries, levures…). Contrairement aux particules inertes, ces particules vivantes peuvent assimiler et concentrer les radionucléides. Cependant, il y a très peu de données concernant la remise en suspension des microorganismes et des bactéries en particulier. Dans ce contexte, les objectifs de la thèse sont de quantifier la vitesse de dépôt sec en fonction de la taille des particules et des principaux paramètres micrométéorologique dans la gamme 1,5 nm – 1,2 µm. Le second objectif est de documenter les processus d’émission des bactéries
The particles emitted into the atmosphere during chronic or accidental release by the nuclear plants can be subjected, after dispersion, to vertical flows by dry weather: dry deposition and resuspension. Vertical flows in dry weather are characterized by the vertical transfer rate, which is the ratio between the particle flux and the atmospheric concentration of the aerosol in the vicinity of the surface. When this speed is positive, it is a dry deposition rate (Vd in m.s-1) and conversely, when it is negative, it is a transmission rate. It is important to study their dry deposition in a prairial environment. Indeed, the products resulting from this environment are a component of the human food chain via livestock. For particles less than 1 μm, there is a lack of experimental data, which results in uncertainty about the results of the models, which can reach up to two orders of magnitude. In addition, there are no in situ deposition rate measurement data available for particles less than 10 nm. These particles are derived from the gas / particle conversion (nucleation) and may relate to certain radionuclides such as iodine (129, 131I).After their deposition, these radionuclides can be resuspended under the effect of the stress submitted by the wind on the canopy. Such a phenomenon is suspected around the Fukushima nuclear power plant. The aerosol resuspension processes are characterized by the vertical transfer rate (m.s-1) but also by the re-suspension coefficient (Ks in m-1) which is the ratio of atmospheric concentration to surface concentration of particles. Relative uncertainties of 2 to 3 orders of magnitude on the resuspension coefficients exist. The resuspension concerns all the particles present on the canopy, whether they are inert or living (fungi, bacteria, yeasts, etc.). Unlike inert particles, these living particles can assimilate and concentrate radionuclides. However, there is very little data on the resuspension of microorganisms and bacteria in particular. In this context, the objectives of the thesis are to quantify the dry deposition rate as a function of the particle size and the main micrometeorological parameters in the range 1.5 nm - 1.2 μm. The second objective is to document the processes of emission of the bacteria