Hydratation de particules organiques et propriétés microphysiques – SOAPHY

Les aérosols organiques secondaires (AOS) présents dans l'atmosphère ont un impact reconnu sur le changement climatique et la santé humaine. Les AOS biogéniques (AOSB), constituant 30 à 50 % du budget global des AOS, peuvent exister dans des états physico-chimiques variés, selon leurs processus de formation et de vieillissement. A ce jour, les AOSB atmosphériques ont été étudiés en laboratoire ou lors de campagnes de mesures sur le terrain. Ces études soulignent la complexité des processus physico-chimiques mis en jeu, s’expliquant notamment par la grande diversité des composés organiques présents dans l’atmosphère. L’eau atmosphérique joue un rôle clé dans ces processus aussi il est nécessaire d’étudier les interactions entre l’eau et les AOSB. Les interactions gaz-particules peuvent se limiter à des processus de surface pour les particules solides et semi-solides, mais deviennent plus globales pour les particules liquides. L'eau peut servir de milieu réactionnel pour des réactions multiphasiques et agir alors comme un plastifiant dont la présence entraîne des modifications de l'état de viscosité des particules. Ce dernier a un impact direct sur la diffusion des gaz à la surface et/ou dans les particules. La plupart des études portant sur les propriétés d’hygroscopicité et de viscosité des aérosols ont été réalisées en laboratoire. Celles-ci démontrent que l’état microphysique des particules dépend de la composition chimique, de la structure, de l’hétérogénéité chimique de l’aérosol et de l’humidité relative.

Le projet SOAPHY vise à approfondir notre compréhension des interactions AOSB-eau en déterminant les principaux facteurs physiques et/ou chimiques impliqués dans le vieillissement atmosphérique des aérosols au cours de leur transport. Dans ce projet, la principale question scientifique que l’on cherche à résoudre est : quelle est l’influence des transformations chimiques (y compris les réactions photochimiques) sur la composition, l’ hétérogénéité chimique, l'organisation moléculaire, sur les propriétés d’hygroscopicité, la diffusion de l'eau et, finalement, la viscosité des particules à l’échelle d’une particule unique ? Une attention particulière sera accordée au rôle de la surface des particules et de celui de l'organisation inter- et intra-moléculaire sur les propriétés de viscosité des AOSB. SOAPHY se concentrera sur les AOSB formés à partir des voies d'oxydation de l’alpha-pinène, qui, de par sa forte représentativité atmosphérique, en fait un système modèle pertinent pour les composés organiques volatils biogéniques. Les recherches en laboratoire seront confrontées, en utilisant un panel de dispositifs expérimentaux originaux et complémentaires permettant des mesures en ligne et in situ. Des particules modèles d’AOSB seront étudiées à l’échelle d’une particule unique dans des conditions proches des conditions atmosphériques grâce à un dispositif de lévitation, ou déposées sur différents substrats. Les investigations à l’échelle d’une particule unique, (assimilable à un micro-réacteur), permettent d’étudier des processus fondamentaux et aident à mieux comprendre la complexité des transformations atmosphériques. Les processus moléculaires AOSB - eau seront étudiés à l'aide d'expériences de spectroscopie d’espèces isolées en matrices cryogéniques. Le projet SOAPHY apportera, d’une part, des dispositifs expérimentaux originaux dédiés aux études d’interactions gaz-particule et, d’autre part, de nouveaux concepts multi-échelles, notamment l’identification de marqueurs physico-chimiques liés aux processus d’interaction AOSB-eau, qui fourniront une meilleure compréhension des impacts directs des AOS sur le changement climatique et la qualité de l'air.