Sucres Biogéniques Atmospheriques – ABS

L'aérosol organique biogénique primaire (PBOA) est peu étudié alors qu'il forme jusqu’à 30% de la fraction organique des PM atmosphériques (en Europe en moyenne estivale) et présente des propriétés importantes pour les particules atmosphériques (PM), tant pour la formation des nuages que pour les impacts sanitaires. Malgré son importance, cette fraction n’est actuellement pas prise en compte dans les modèles de chimie atmosphérique. Les études actuelles sont généralement limitées dans le temps, l’espace ou la gamme d’espèces mesurées, ce qui ne permet pas une évaluation fiable des sources et des processus d’émissions.

ABS propose d’établir une étude plus globale de cette contribution biogénique primaire aux PM, et particulièrement à la fraction organique, dans différents types d’environnements, de préciser quelles en sont les sources d’émission principales, et de déterminer si cette contribution a varié significativement sur les 150 dernières années. Un des verrous à de telles études est la limitation analytique pour les espèces chimiques inclues dans cette fraction (sucres et alcools de sucres), qu’ABS lèvera en développant une méthode innovante en LC-MS/MS à basse concentration d’une trentaine de ces espèces en mélange. ABS étudiera cette fraction via ces mesures chimiques en association avec la microbiologie des échantillons, incluant des analyses d’abondance et génomiques de la diversité microbienne et fongique. L’hypothèse centrale du projet est qu’une partie importante de ces espèces est étroitement liée à la matière vivante (bactéries et champignons), et que le couplage des mesures chimiques et microbiologiques peut conduire à une meilleure connaissance de leurs sources et processus d’émission vers l’atmosphère, ainsi que des interactions entre chimie et microbiologie in situ.

Nous considérerons la variabilité et les sources de cette fraction chimique dans des séries de PM collectées principalement en Europe mais aussi en région tropicale (e.g. 1500 échantillons), dans le manteau neigeux alpin saisonnier et dans une carotte de glace alpine (Col du Dome Mont Blanc), un enregistrement de 150 ans. Les travaux sur le manteau neigeux incluront à la fois des études in situ et en mésocosmes pour la compréhension des processus biologiques impliquant ces hydrates de carbone dans la neige froide, incluant les potentielles évolutions des profils chimiques des sucres dans les dépôts. Les échantillons atmosphériques et de glace constituent une collection unique et sont déjà analysés pour un large panel de propriétés et traceurs chimiques, dont la combinaison originale permettra une attribution des sources par des méthodes avancées de type Positive Matrix Factorization, méthodes qui seront appliquées avec cette ampleur pour la première fois sur une carotte de glace. Le traitement simultané d’échantillons dans les 3 milieux donnera accès à des informations primordiales sur les processus de transfert indispensables pour l’interprétation des carottes de glace.

ABS sera totalement innovant pour les 3 domaines, géochimie et microbiologie atmosphériques, et glaciologie. La synergie de l’approche dans les 3 domaines renforcera ces avancées avec une vision unique de l'importance des émissions et des concentrations atmosphériques de PBAO, du couplage avec la matière vivante, et leurs évolutions historiques dans l'atmosphère européenne. ABS devrait renforcer la forte nécessité de prendre en compte ces émissions primaires biogéniques dans les modèles de chimie atmosphérique. Les avancées d’ABS concernant les connaissances des sources d’émission ouvriront la porte à la quantification des processus spécifiques mis en jeu, pour établir des cadastres d’émissions. La preuve de concept établie de l’utilisation de ces espèces dans les carottes de glace comme traceurs de l’évolution de la composition biogénique particulaire permettra des applications à d’autres enregistrements glaciologiques, dans les glaces des latitudes moyennes et polaires.