Chimie des espèces réactives et leur rôle sur la capacité oxydante en Régions Polaires

Albane Barbero, IGE, fev. 2018-fev. 2021

Doctorant : Albane Barbero, IGE, fev. 2018-fev. 2021
Direction : Roberto Grilli, Joel Savarino
Financement : 100% Labex
Ecole Doctorale : Terre Univers Environnement ; Grenoble

Sujet de thèse

Les espèces réactives (oxydes d’azote NOx, radicaux hydroxyle OH et peroxyde HO2, RO2, oxydes d’halogène BrO, IO) jouent un rôle clef malgré leurs temps de vie extrêmement courts dans l’atmosphère en contrôlant la capacité oxydante et la chimie de l’atmosphère de des régions polaires. Cependant des questions fondamentales sur le contrôle que peuvent exercer ces espèces sur ces atmosphères restent ouvertes et controversées. Dans ce cadre, le sujet de cette thèse vise principalement à résoudre les deux problématiques suivantes :
1) Quels rôles les radicaux halogénés XO jouent-ils en régions côtières mais aussi sur le plateau antarctique ? Quels sont leurs concentrations ? Comment la glace de mer (à la côte) et la chimie de la neige (sur le continent) influence leur abondance dans l’atmosphère ? Y a-t-il une différence de chimie atmosphérique entre l’Ouest et l’Est de la côte Antarctique comme le suggère des publications récentes, avec une chimie contrôlée par les NOx à l’Est et par XO à l’Ouest ? Quels sont les puits et sources de XO et comment participent ils à la formation de l’aérosol atmosphérique ?
2) Quel est le rapport NO2/NO sur le plateau Antarctique ? Pour répondre à cette question, il s’agira de contraindre les concentrations de NOx sur le plateau Antarctique. Si la source de NOx par le manteau neigeux est bien établie, exerçant un contrôle très prononcé sur des espèces comme O3, OH, RO2, (ce que l’on appelle la capacité oxydante de l’atmosphère), il n’en est rien du rapport NO2/NO de l’atmosphère. Des mesures précédentes dans le cadre des projets SUNITEDC et OPALE (2011/2012) ont montré des rapports NO2/NO mesurés jusqu’à quatre fois supérieures à ceux pouvant être expliqués par les concentrations de RO2 et BrO. Il est fort possible que ce biais soit le fruit d’une interférence de mesure, bien que d’autres indicateurs comme les isotopes stables de l’oxygène laissent supposer à contrario une connaissance incomplète de la chimie des NOx sur le plateau Antarctique. Il est donc primordial de pouvoir lever cette ambiguïté sur le rapport NO2/NO, tant cette mesure conditionne le budget des HOx, RO2 et O3.
Ce sujet de thèse s’appuiera sur les programmes polaires en cours en utilisant une instrumentation de pointe pour l’analyse des espèces réactives. Le couplage entre l’analyse des concentrations et des compositions isotopiques devra permettre de répondre de manière définitive les questions scientifiques soulevées ci-dessus.

Références

R. Grilli, M. Legrand, A. Kukui, G. Méjean, S. Preunkert, D. Romanini, « First investigations of IO, BrO, and NO2 summer atmospheric levels at a coastal East Antarctic site using mode-locked cavity enhanced absorption spectroscopy ». Geophysical Research Letters 40, 1-6. doi:10.1002/grl.50154 (2013).

M. M. Frey, H. K. Roscoe, A. Kukui, J. Savarino, J. L. France, M. D. King, M. Legrand, and S. Preunkert, “Atmospheric nitrogen oxides (NO and NO2) at Dome C, East Antarctica, during the OPALE campaign,” Atmos. Chem. Phys. Discuss., vol. 14, pp. 31281–31317, 2014.

Legrand, M., X. Yang, S. Preunkert, and N. Theys (2016), Year-round records of sea-salt, gaseous, and particulate inorganic bromine in the atmospheric boundary layer at coastal (Dumont d’Urville) and central (Concordia) East Antarctic sites, J. Geophys. Res. Atmos., 121, doi:10.1002/ 2015JD024066, 2016.

Savarino, J., Vicars, W. C., Legrand, M., Preunkert, S., Jourdain, B., Frey, M. M., Kukui, A., Caillon, N., and Gil Roca, J. : Oxygen isotope mass balance of atmospheric nitrate at Dome C, East Antarctica, during the OPALE campaign, Atmos. Chem. Phys., 16, 2659-2673, 10.5194/acp-16-2659-2016, 2016.

Legrand, M., Preunkert, S., Savarino, J., Frey, M. M., Kukui, A., Helmig, D., Jourdain, B., Jones, A., Weller, R., Brough, N., and Gallée, H. : Inter-annual variability of surface ozone at coastal (Dumont d’Urville, 2004-014) and inland (Concordia, 2007-2014) sites in East Antarctica, Atmos. Chem. Phys., 16, 8053-8069, doi:10.5194/acp-16-8053-2016, 2016.