Study of nucleation processes in the atmosphere
Étude des processus de nucléation dans l’atmosphère
Résumé
As an essential part of the atmosphere, aerosol particles play an important role both on the air quality than on the earth radiative budget. This work is a contribution to a better understanding of the formation mechanisms of new particles by nucleation in the natural atmosphere. Our approach is orientated to the observation of the first steps of the particles formation, associated to a study of the environmental conditions which favoured or limited its development. This experimental study is based on a long data set at two high elevation sampling sites: the puy de Dôme (1465 m a.s.l., France) and the ABC-Pyr observatory, located at the Everest foot (5079 m a.s.l.). First, we characterize the puy de Dôme aerosol physical properties, and observe that the concentrations show a high seasonal variability, with a maximum in summer. We propose representative size distribution for different air mass types (marine, continental, regional) under background conditions. The atmospheric composition variability on the ABC-Pyr site also brings new information about the troposphere background and the local/regional and long distance transport influence. At the two sites, a high nucleation event frequency is observed for the first time at high altitudes. A statistical study shows that photochemistry has an important impact on nucleation and growth and that cloud also have a significant effect which is more complex. The altitude seems to be, in our studies, a location which favours nucleation events. We note that this phenomenon has a high spatial extension and its influence on the radiative balance and climate cannot be anodyne.
Elément essentiel de la composition atmosphérique, les particules jouent un rôle important tant sur la qualité de l'air que sur le bilan radiatif de la Terre. Ce travail de thèse est une contribution à une meilleure compréhension des mécanismes de formation par nucléation de nouvelles particules dans l'atmosphère naturelle. Il est orienté vers l'observation des premiers instants de la formation des particules, associée à la connaissance des conditions environnementales ayant favorisé ou limité son développement. Cette étude expérimentale est basée sur un ensemble de mesures longue durée sur deux sites d'altitude : le puy de Dôme (1465m, France) et l'observatoire ABC-Pyr, situé au pied de l'Everest (5079m, Népal). Nous avons dans un premier temps caractérisé l'aérosol présent sur le site du puy Dôme, et observé une forte variabilité saisonnière des concentrations, avec un maximum en été. Nous proposons des spectres dimensionnels représentatifs de chaque type de masse d'air (marine, continentale, régionale) en conditions de fond. La variabilité de la composition de l'atmosphère sur le site de ABC-Pyr apporte également des informations nouvelles sur le bruit de fond dans la Troposphère et l'influence des transports local/régional et longue distance. Sur les deux sites, on observe pour la première fois en haute altitude une fréquence élevée d'événements de nucléation. Une étude statistique montre que les processus photochimiques favorisent la nucléation et la croissance et que l'effet des nuages est également important, mais plus complexe. Le transport en altitude semble être, dans nos études, un processus favorisant les évènements de nucléation. Nous constatons que ce phénomène a une extension spatiale importante et que son influence sur le bilan radiatif et le climat ne peut pas être anodine.
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