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La chimie de l atmosphère en Afrique de
l Ouest ou D où vient l ozone en
AO? ------------ C. Mari, Laboratoire
d Aérologie
AMMA, Ecole d été, Septembre 2003
2
(No Transcript)
3
(No Transcript)
4
Climatologie de l ozone troposphérique résiduel
- 1979-2000
Source Fishman et al., ACP, 2003
5
Cycle saisonnier de l ozone (moyennes mensuelles)
750 hPa
?
D après données MOZAIC, contact V. Thouret, LA
6
Cycle saisonnier de l ozone (moyennes
mensuelles) 250 hPa
?
D après données MOZAIC, contact V. Thouret, LA
7
Le paradoxe de l ozone (Thompson et al., GRL,
2000)
FEUX DE BIOMASSE
O3 MAX
ZCIT
Transport inter-hémisphères ? Convection
nuageuse? Stratosphère ? Eclairs (NOx) ?
8
Le paradoxe de l ozone (Edwards et al., JGR,
2003)
Convection nuageuse et feux de biomasse
9
Quelques pistes ...

• La production photochimique in-situ
• La stratosphère
• La convection nuageuse profonde
• Les éclairs
• La végétation
• La pollution urbaine et industrielle

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La production photochimique in-situ
Stratosphère
Tropopause (8-18 km)
Troposphère
11
Le rôle crucial des NOx
HO2
HO2
OH
OH
régime saturé
régime limité
Sources W. Brune, IGACtivities Newsletter 21,
2000
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L efficacité de production de l ozone
nombre de molécules d ozone produit par
molécule de NOx oxidée en HNO3 ( perdue).
EPO 1-5 dans l air urbain pollué EPO 100
dans la troposphère libre (faible NOx)
13
Non linéarité de P(O3)
NOx limité ou hydrocarbure saturé
D après Liu et al., 1987
NOx saturé
14
Harmattan
Monsoon
Sud
Nord
Forêt tropicale humide
Savane
D après Marion et al., JAC, 2001
NOx -- -gt EPO
transport diffusion
NOx
D après Pickering et al., JGR, 1990
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Les ingrédients nécessaires ...

• de l ozone !! (pas d ozone pas de OH)
• Source stratosphère
• de l énergie solaire
• des  carburants  CO et hydrocarbures
• Source émissions anthropogéniques ou naturelles
• des  catalyseurs  NOx
• Source émissions anthropogéniques ou naturelles,
  éclairs

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La stratosphère
90 de l ozone est dans la stratosphère 10
de l ozone se trouve dans la troposphère
17
Les échanges stratosphère-troposphère
tropical pipe
polar vortex
d après Holton, 1995
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La couche de transition tropicale
Inversion thermique
?
Chemopause ou TTS
Source Folkins et al, GRL, 2000
19
(No Transcript)
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La convection nuageuse profonde
HAUTE TROPOSPHERE
NOx, CO -gt O3
0.5-1 h
10-50 h
NOx, CO
COUCHE LIMITE PLANETAIRE
21
La convection nuageuse profonde
10 jours
Le transport convectif contrôle aussi
l équilibre photochimique des HOx et NOx dans la
haute troposphère
D après Prather et Jacob, GRL, 1997
22
La convection nuageuse profonde

• un moyen efficace pour le transport vertical
  des espèces chimiques

Un tuyau ...
... qui fuit !
Mari et al., 2000
Dickerson et al., 1987
Besoin de caractériser la structure verticale du
nuage et de son environnement
23
La convection nuageuse profonde
un moyen efficace pour le lessivage des espèces
chimiques solubles par les précipitations liquides
Besoin dobservations de la dynamique du nuage
chimie
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La convection nuageuse profonde
un moyen efficace pour le lessivage des espèces
chimiques solubles par les précipitations liquides
Approche Equilibre de Henry
Approche cinétique
Daprès Yin et al.,ACP, 2001
Besoin dobservations de la microphysique du
nuage chimie (air interstitiel)
25
Chimie et nuages précipitants
15.5
vapeur deau
1.
2.0
eau nuageuse
0.0
3.6
pluie
0.2
26
Chimie et nuages précipitants
27
La convection nuageuse profonde
un moyen efficace pour le lessivage des espèces
chimiques solubles par les précipitations solides?
?
?
?
?
D après Yin et al., ACP, 2002
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La convection nuageuse profonde

• Quelle est la fraction de lespèce chimique
  soluble capturée par les hydrométéores glacés?
• Quelle est lefficacité de retention dans un
  nuage mixte?
• Quelle est lefficacité du processus de
  co-condensation?
• Quelle est limportance relative du lessivage
  dans et sous le nuage?

29
La convection nuageuse profonde bilan des HOx
dans la haute troposphère
Source Jaéglé et al, JGR, 2001
30
La convection nuageuse profonde Rôle de
l acétone

• Sources primaires
• minimum de production
• de OH à partir de la vapeur d eau dans la haute
  troposphère
• source par l acétone constante avec
  l altitude
• 3 molécules de HO2 produites par molécules
  d acétone photodissociée
• Source secondaire
• Photolyse de CH2O issu de
• l oxydation de CH4

Source Jaéglé et al, GRL, 1997
31
La convection nuageuse profonde Rôle des
peroxydes
CH3OOH source primaire des HOx dans la haute
troposphère perturbée par la convection nuageuse
profonde
Source Mari et al., JGR, 2002
32
(No Transcript)
33
Stratégie expérimentale pendant les SOP
Détection des éclairs
34
Les éclairs
N2 O2 2NO
4000C
Estimation actuelle 5 (2-20) Tg(N)/an
35
Les éclairs
6.7x1025 molécules de NO/flash
6.7x1026 molécules de NO/flash
D après Fehr et al., en préparation
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LAfrique de lOuest a une activité électrique
parmi les plus importantes de la planète
DJF
JJA
Taux déclairs détecté par LIS en 2000
(flash/seconde)
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En conséquence, les modèles prédisent un maximum
de concentration dozone dû aux éclairs au
dessus de lAtlantique Sud toute lannée
Différence entre une simulation avec et sans
source de NOx par les éclairs
Martin et al. 2002
38
Contribution des sources de NO au bilan des NOy
(en )
39
Bilan des sources de NOx
D après Lee et al., Atm Env, 1997
40
La végétation
41
La végétation en AO
Source Global Land Cover 2000 project,
http//www.gvm.sai.jrc.it/glc2000
42
Emission des COV par la végétation l exemple de
l isoprène (C5H8)

• le plus abondant des COV biogéniques
  (eucalyptus, chêne, ...)
• émission dépend de la lumière, de la
  température, du type de végétation, de la densité
  et de l âge de végétation
• détruit par réactions avec O3, OH et NO3
• temps de vie très court (1.5 - 3 h) -gt affecte
  essentiellement la chimie de la couche limite

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Impact de l isoprène sur la distribution de
l ozone
D après Guenther et al., 1999
44
Sources de NOx dans la troposphère
D après Levy et al., JGR, 1999
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Emission de NO par les sols
Source prédominante des NOx dans les régions
tropicales (expl pâturage)
heures/jours
semaines
saison humide
saison sèche

• Stimulation par les précipitations ( pulses )
• Stimulation par les feux de végétation
• Limitation capture par la végétation (50-75)
• Stimulation par les fertilisants azotés
  (agricoles)

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Les feux de biomasse en Afrique de lOuest sont
parmi les plus importants du globe
Hiver
Eté
Variation saisonnière du nombre de pixels chauds
(ATSR)
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La végétation qui brûle ...
CO à 10km d altitude vu par MOPITT entre Mars et
Décembre 2000
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La pollution urbaine et industrielle
Croissance de la population urbaine
Pollution à Abidjan
 zemidjan  ou  oleiya  ou  kabu kabu 
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La pollution de latmosphère est un problême
émergent dans de nombreux pays de lAfrique de
lOuest during une dizaine dannées. Son impact
et sa sévérité sont encore largement méconnus.
En Afrique de l Ouest, les combustibles
traditionnels (bois, déchets) fournissent encore
la majorité de l énergie utilisée alors que les
combustibles commerciaux (kérosène, ...)
deviennent majoritaires ailleurs en Afrique.
Utilisation domestique de combustibles fossiles
traditionnels
Source GEO 2000, PNUE
50
(No Transcript)