Etude de l'impact des espèces halogénées émises par les volcans sur la chimie troposphérique

Study of the impact of halogen species emitted by volcanoes on tropospheric chemistry

Narivelo, Herizo Luc Angelo

Auteur moral
Université Toulouse 3 Paul Sabatier : UT3
Auteur moral
Marécal, Virginie ; Hamer, Paul
Année de publication
2023
Résumé
<p align="justify">Les volcans sont une source importante d'espèces chimiques gazeuses et d'aérosols pour la troposphère. A part les composés H2O, CO2 et SO2, les halogènes sont aussi des espèces chimiques présentes dans l'émission volcanique, que ce soit lors d'une éruption ou par dégazage passif. Les halogènes inorganiques sous forme acides tels que HBr, HCl, HI et HF sont les principaux composés halogénés émis par les volcans. HBr est rapidement convertit en BrO dans le panache volcanique par l'intermédiaire du cycle de réactions chimiques appelé le cycle de "bromine-explosion". Le cycle de "bromine-explosion" mène à une augmentation rapide et exponentielle de BrO qui a des impacts sur la composition chimique de l'air, en particulier sur les oxydants de l'atmosphère et notamment l'ozone. L'objectif de cette thèse est d'étudier l'impact des émissions volcaniques d'halogènes sur la composition chimique de la troposphère à l'échelle régionale. A cet effet, nous utilisons le modèle de chimie-transport MOCAGE (MOdèle de Chimie Atmosphérique à Grande Échelle). Dans un premier temps, nous évaluons les performances de MOCAGE pour un cas d'étude avec des émissions volcaniques idéalisées par rapport à des simulations du modèle WRF-Chem-Volcano à plus fine résolution. Ce travail de comparaison avec le modèle WRF-Chem est une première étape qui a permis de montrer la capacité de MOCAGE à bien modéliser la chimie des halogènes volcaniques dans les panaches. Dans une deuxième étape, on utilise le modèle MOCAGE pour l'étude d'un cas réel, celui de l'éruption du Mont Etna de Noël 2018. Pour cela, les flux d'émissions sont fournis par l'instrument "Spinning Enhanced Visible and InfraRed Imager" (SEVIRI). Les colonnes troposphériques de SO2 et de BrO issues de l'observation du satellite "TROPOspheric Monitoring Instrument " (TROPOMI) sont utilisées pour évaluer les colonnes simulées par le modèle MOCAGE. Cette comparaison montre la bonne représentation du panache volcanique et de son transport à l'échelle régionale sur le bassin de la Méditerranée. L'analyse détaillée des résultats de MOCAGE montre un changement des processus chimiques à l'intérieur du panache quand il vieillit et s'éloigne de la source, avec moins d'efficacité de la production de brome réactif et moins de perte d'ozone. Les simulations MOCAGE montrent aussi un impact régional de cette éruption sur les oxydants de l'atmosphère, notamment sur OH et l'ozone avec une réduction de la charge de ces deux gaz causée par la chimie du panache volcanique. Cette réduction de la capacité oxydante entraîne une réduction de la charge en méthane. Finalement, des tests de sensibilité sur la composition des émissions montrent que la production de BrO est plus élevée lorsque les émissions volcaniques d'aérosols sulfatés sont augmentées mais se produit lentement lorsqu'on suppose qu'il n'y a pas de aérosols sulfatés ni de radicaux Br dans les émissions volcaniques. Ces deux tests de sensibilité mettent aussi en évidence un impact significatif de ces hypothèses sur les oxydants dans la troposphère à l'échelle régionale.</p>
Texte intégral

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