Institut Méditerranéen d’Océanologie
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Tâche 3 : Sources et dégradation de la MO dans les aérosols marins

(Responsable : Piazzola J. et Pulido-Villena E.)

Participants à cette tâche : Équipe 1 : OPLC, Équipe 2 : CE et Équipe 4 : CYBELE
Collaborations  : Sellegri K. (LAMP),Cachorro V. (GOA-UVA - Espagne), Chami M. (LOV UMR 7093).

Buts :

Une meilleure compréhension du transport et des interactions entre les particules d’aérosols produites par le déferlement des vagues et la matière organique dans l’air et les eaux côtières.

  1. Production primaire de particules salées
  2. Production secondaire via le sulfure de diméthyle
  3. Dégradation des contaminants dans les aérosols marins

Présentation {JPEG}

La Matière Organique de l’aérosol marin

Les particules d’aérosol ont un rôle prépondérant dans l’atmosphère à la fois dans la régulation du climat mais aussi dans de nombreux processus photochimiques ayant une influence sur les concentrations de photo-oxydants et la qualité de l’air. De plus, ces particules modifient le bilan radiatif aussi bien a grande échelle qu’à l’échelle locale. Du fait des multiples sources anthropiques des zones urbanisées, les processus de dépôt particulaires représentent une source de pollution importante pour l’environnement côtier Méditerranéen. On estime qu’environ 75 % de la pollution atmosphérique atteignant l’espace marin provient des zones urbanisées côtières par les processus de dépôt particulaires. Les apports de nutriments par voie atmosphérique peuvent notamment dépasser 40 % des apports totaux. Il est à noter que les pollutions des eaux côtières et de l’atmosphère “s’autoalimentent” par des processus physiques dépendant de l’état du couplage vent-vagues. En particulier, la présence de particules salées, produites majoritairement par le déferlement de vagues, représente une composante majeure dans le cycle géochimique de l’atmosphère.
Ces particules permettent le transport atmosphérique d’une grande variété de matière organique. Les constituants chimiques déjà observés comme transportés par les sels marins sont essentiellement les sulfates, l’ammonium, le nitrate, le chlorure, trace des métaux, composés carbonés (on possède actuellement peu d’information sur le Mercure et le Plomb)... Les sels de mer dominent le dépôt atmosphérique en zone maritime et peuvent induire des processus à court terme d’acidification des eaux côtières. De plus, ils sont très solubles et hygroscopiques. L’aérosol marin est constitué en premier lieu de chlorure de sodium et en plus petites proportions de sulfates, calcium et potassium, mais il peut aussi contenir des de carbone organique.

Des études en Atlantique nord ont montré une forte variation saisonnière variation dans les propriétés chimiques de l’aérosol marin en lien avec l’activité biologique (Cavalli et al. 2004, O’Dowd et al. 2004). En particulier, une contribution dominante des sels de mer inorganiques à la partie submicronique des distributions en masse de l’aérosol a été observée durant l’hiver, alors que durant les périodes d’intense activité biologique, la partie inorganique dans le sel est progressivement remplacée par de la matière organique et des sulfate non salés. La partie organique est attribuée à la production par éclatement de bulles qui suit le déferlement des vagues, due au caractère majoritairement insoluble et actif du carbone organique dans les particules d’aérosol marin (Ceburnis et al., 2008). Cependant, la contribution des sources secondaires à la matière organique fait encore débat.

Moyens expérimentaux {JPEG}
Moyens expérimentaux : Station de mesures et d’observation intégrée au réseau MOOSE et AERONET.

Mesures sur l'île de Porquerolles {JPEG}
Mesures sur l’île de Porquerolles : Mesure de MO et distributions de masse d’aérosols.


Publications effectuées dans le cadre de cette tâche :

  • Rontani J-F., Charriere B., Vaultier F., Garcia N. et Raimbault P. (2012) Origin and degradation of lipids in aeolian particles from a coastal area of the north western Mediterranean Sea. Atmos. Environ., 56 : 124-135 icone pdf
  • Piazzola J.,
    Mihalopoulos N, Canepa E, Tedeschi G., Prati P, Zarmpas P, Bastianini M, Missamou T., Cavaleri L. (2016) Characterization of aerosols above the Northern Adriatic Sea : case studies of offshore and onshore wind conditions.
    [Atmospheric Environment, vol. 132 p.153-162, DOI:10.1016/j.atmosenv.2016.02.044 (2016).

Avancement :

Réunions de travail :

Une première réunion de cet axe a eu lieu : le 14/12/2012.

Présents : Madeleine Goutx, Catherine Guigue, Christos Panagiotopoulos, Jacques Piazzola, Elvira Pulido, Jean-Francois Rontani, Fréderic Vaultier

Compte rendu :
Les discussions ouvrent sur l’opportunité de soumettre à la Région un projet centré sur la qualité de l’air, nous permettant notamment de compléter l’équipement destiné à la caractérisation chimique des aérosols. Le projet proposé s’inscrira dans le cadre l’étude de la migration de matière organique des zones urbaines vers des zones marines écologiquement sensibles. Pour commencer, un stage de M2 doit débuter en février dont le sujet concerne le devenir des particules d’aérosols dans la couche limite marine. Il est décidé qu’une thématique forte de cet axe transverse concernera la dégradation de la matière lors de son devenir atmosphérique. Pour ce faire, une première approche devra permettre de coupler les outils développés pour la physique de l’aérosol, tel que le modèle de transport atmosphérique, à une analyse bio-géochimique. La réunion se termine par la mise en place d’une échéance à court terme sur les besoins à définir pour un projet spécifique susceptible d’être déposé à l’ANR sur les problématiques de l’axe.

Deuxième réunion de cet axe a eu lieu : le 18/11/2013.

Présents : Bruno Charrière, Christos Panagiotopoulos, Jacques Piazzola, Stéphanie Jacquet, Jean-François Rontani, Madeleine Goutx, Anne Delmont, Xavier Mari, France Van Wambeke, Andrea Palluselli

Compte rendu :
Présentation générale du projet intitulé “Atmospheric input of organic matter to the surface ocean : composition, fluxes and fate in the water column” par C. Panagiotopoulos.

Ce projet servira de base de discussion lors des journées OTMED (4-6 Dec) et devrait permettre des échanges d’idées avec d’autres laboratoires partenaires (CEREGE, ECCOREV etc). Les PIs (E. Pulido and C. Panagiotopoulos) du projet envisagent de le soumettre lors du prochain appel d’offre d’OTMED.

Lors de cette réunion informative il s’est avéré que la stratégie d’échantillonnage doit être bien réfléchie. En effet, les quantités d’apports atmosphériques peuvent être un facteur limitant pour les (diverses) analyses ultérieures envisagées. Il semble logique de se focaliser sur certains types des molécules dont le labo à l’expertise (sucres, acides dicarboxyliques, ketoacides, lipides, contaminants (PAH)).

Type de matériel échantillonné : particules atmosphériques, pluies, matière organique dissoute et particulaire dans les eaux des surface. La microcouche de surface peut être aussi échantillonnée.

La partie isotopes qui va permettre d’avoir accès aux sources de ces composés (δ13C) s’avère très importante et essentielle pour le projet. Il reste à trouver le partenaire pour ce type de mesures (CEREGE ?). Le spectre de tailles des particules peut aussi donner des informations sur leurs sources (aérosols urbain vs aérosol continental/marine) et peut être un bon complément des analyses isotopiques (J. Piazzola).

Un autre élément à prendre en compte lors de l’étude des composés organiques dans l’atmosphère sera la mesure de leurs propriétés optiques (M. Tedetti).

X. Mari pourrait contribuer de façon importante dans le projet (expertise sur le black carbon et mise en œuvre d’un collecteur d’aérosols).

En complément de la chimie, il sera aussi important d’étudier la biologie des aérosols (virus, bactéries, champignons …). Des mesures de productivité bactérienne pourront être effectuées (F. Van Wambeke).

Présentation en .pdf : Atmospheric input of organic matter to the surface ocean : _ composition, fluxes and fate in the water column icone pdf

La 3ème réunion de cet axe a eu lieu : le 05/02/2014 à 10h00 salle de géologie au 3ème étage du TPR1 à Luminy.

2 heures pour échanger sur la pertinence d’utiliser CHIMERE pour mieux prendre en compte les sources et transformations atmosphériques en zone littorale.

Compte rendu :

L’objet de la réunion concernait la pertinence de l’utilisation du modèle Chimere (modèle de chimie-transport) pour mieux décrire les réactions atmosphériques entre les aérosols marins et la matière organique. En effet, l’implémentation du modèle CHIMERE sur la zone méditerranéenne devrait permettre de donner les bonnes conditions d’entrée au modèle de transport MACMod destiné à comprendre les propriétés de l’aérosol en zone côtière et littoral, notamment pour les régions fortement anthropisées.
Dans un premier temps, Jacques Piazzola présente oralement à l’aide d’un document « powerpoint » les enjeux de la mise en place d’une chaine de modèles imbriqués CHIMERE- RAMS-MACMOD.
Une première question est posée : pourquoi dans DEBAT dont la thématique est centrée sur la dégradation de la MOP/MOD. Il est répondu que la mise en place de la chaine de modèle permettre de mieux décrire l’évolution spatio-temporelle et le devenir des particules d’aérosols depuis leur émission sa source jusqu’au dépôt en incluant les transformations chimiques au cours du transport atmosphérique.
Les participants à la réunion mettent en avant trois types de réactions qui les intéressent plus spécifiquement, à savoir les réactions de photo-oxydation, autoxydation, biodégradation et complexation. Une question concerne aussi la possibilité de prendre en compte dans CHIMERE le rôle des éléments métalliques.
De plus, il est noté au cours de la réunion qu’une demande est forte au sein de l’équipe pour appliquer une partie de ce travail à une meilleure compréhension du flux de dépôt. Pour cela, il faut cibler des simulations sur des période échantillonnées par exemple au Frioul de manière expérimentale.
CONCLUSIONS
Les objectifs communs aux modélisateurs atmosphériciens et aux chimistes et biologistes marins dans le cadre de l’axe DEBAT concernent principalement :
-  Améliorer la prédiction du dépôt par la chaîne de modèle
-  Intégrer des fonctions de dégradation/transformation des composés depuis leur source jusqu’au dépôt.
CR en .docx : CR05022014 icone docx
Présentation en .pdf : Méthode de compatibilité icone pdf

Financement :

  • ANR MARSECO
  • ANR POAEMM
  • Projet APOG-Région 2013 PARTICULE - Impact des particules atmosphériques d’origine anthropique dans l’environnement littoral marin en zone PACA (P.I. E. Pulido-Villena et R. Sempéré) (34 k€)
  • Financements de thèse obtenus auprès de la région PACA (Thèse de A. Paluselli, 2013-2016, co-direction Sempéré R. et Galgani) et du LABEX OT-MED (Thèse de K. Djaoudi, 2014-2017, co-direction Pulido-Villena E. et Van Wambeke F.)
  • Soutien à la thèse de K. Djaoudi (Projet AIOLOS, P.I. Panagiotopoulos C. et Pulido-Villena E.) (LABEX OT-MED, 10 k€)


►Accès direct vers :

- Introduction - Principaux objectifs - Organisation et Fonctionnement

- Tâche 1 : Dégradation de la MO terrigène apportée par les fleuves et les poussières éoliennes en mer
(Responsables : Panagiotopoulos C. et Rontani J-F.)

- Tâche 2 : Relations phytoplancton-bactéries
(Responsable : Bonin P. et Rontani J-F.)