Surfactants fOrts daNs les aérosols ATmospheriques et leur rôle dans la formAtion des nuages – SONATA

La formation des gouttes de nuage à partir des particules d’aérosols dans l’atmosphère n’est pas encore bien comprise et une source principale d’incertitudes dans le budget climatique aujourd’hui. L’un des paramètres principaux de ces processus est la tension de surface des particules atmosphériques qui peut être fortement affectée par la présence de composés trace appelés surfactants. Mais aussi bien la connaissance des surfactants présents dans les aérosols atmosphériques que celle de leurs effets sur la formation des nuages sont très limitées. La présence de surfactants forts dans les aérosols atmosphériques n’a été révélée que récemment grâce au développement d’une méthode d’extraction spécifique par le groupe de B. Nozière. Leurs propriétés tension-actives exceptionnelles indiquent qu’ils pourraient êtres d’origine microbienne (“biosurfactants”), ce qui impliquerait que les microbes à la surface de la Terre pourrait affecter la formation des nuages. Ceci aurait des implications importantes pour le système climatique et hydrologique. La structure et l’origine de ces surfactants atmosphériques doit donc être étudiée. De plus, leurs effets sur la formation des nuages sont pour le moment très sous-estimés, aussi bien expérimentalement que dans les modèles, parce que la plupart des instruments mesurant ces processus utilisent des temps de résidence inappropriés. Les modèles de “partitioning” actuels décrivant la formation des nuages dans l’atmosphère ignorent des composantes dynamiques de la tension de surface essentielles pour prédire la formation des gouttes de nuage.
L’objectif de ce projet est d’apporter des informations sans précédent sur les surfactants atmosphériques et leurs effets sur la formation des gouttes de nuage en combinant des expertises uniques des groupes de B. Nozière et A.-M. Delort, en France et de R.C. Cohen à UC Berkeley, USA. Pour obtenir des informations inaccessibles jusqu’à présent des approches innovantes seront développées:
- la structure moléculaire des surfactants trouvés dans les échantillons atmosphériques sera étudiée en appliquant la nouvelle méthode d’extraction et des techniques de pointe en Chromatographie Liquide / Spectrométrie de Masse (LC/MS) et RMN, en collaboration entre les groupes de B. Nozière et de A.M. Delort. Les composés identifiés seront comparés à des surfactants de référence, en particulier à ceux produits par des souches microbiennes extraites de l’eau de pluie, pour essayer d’identifier leur origine,
- les effets de surfactants de référence et atmosphériques sur l’activation de particules sub-microniques seront étudiés en laboratoire en collaboration entre les groupes de B. Nozière et R.C. Cohen. La tension de surface dynamique et les interactions moléculaires aujourd’hui absentes des modèles seront étudiées par la technique de la goutte pendante à Lyon, et un nouvel appareillage de Piège Optique pour aérosols /Spectroscopie Raman sera construit à UC Berkeley pour mesurer, pour la première fois, le terme de Raoult et la tension de surface de particules microniques, ce qui constituera une avancée majeure dans cette discipline.
La plupart des techniques et méthodes proposées ont été ou seront développées par les Principaux Investigateurs de ce projet, le rendant unique et innovant. En plus d’améliorer la prédiction fondamentale de la formation des gouttes de nuage, ces travaux permettront de résoudre des erreurs instrumentales et théoriques récurrentes dans l’étude de ces processus, bénéficiant ainsi à une communauté large de modélisateurs, de concepteurs et d’utilisateurs d’instruments.