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Aérosols atmosphériques Propriétés et impacts climatiques www.biblio-scientifique.net Springer Paris Berlin Heidelberg New York Hong Kong Londres Milan Tokyo www.biblio-scientifique.net Olivier Boucher Aérosols atmosphériques Propriétés et impacts climatiques www.biblio-scientifique.net ISBN 978-2-8178-0054-7 Springer Paris Berlin Heidelberg New York © Springer-Verlag France, Paris, 2012 Imprimé en France Springer-Verlag est membre du groupe Springer Science + Business Media Cet ouvrage est soumis au copyright. Tous droits réservés, notamment la reproduction et la représentation, la traduction, la réimpression, l’exposé, la reproduction des illustrations et des tableaux, la transmission par voie d’enregistrement sonore ou visuel, la reproduction par microfilm ou tout autre moyen ainsi que la conservation des banques de données. La loi française sur le copyright du 9 septembre 1965 dans la version en vigueur n’autorise une reproduction intégrale ou partielle que dans certains cas, et en principe moyennant le paiement des droits. Toute représentation, reproduction, contrefaçon ou conservation dans une banque de données par quelque procédé que ce soit est sanctionnée par la loi pénale sur le copyright. L’utilisation dans cet ouvrage de désignations, dénominations commerciales, marques de fabrique, etc. même sans spécification ne signifie pas que ces termes soient libres de la législation sur les marques de fabrique et la protection des marques et qu’ils puissent être utilisés par chacun. La maison d’édition décline toute responsabilité quant à l’exactitude des indications de dosage et des modes d’emplois. Dans chaque cas il incombe à l’usager de vérifier les informations données par comparaison à la littérature existante. Maquette de couverture : Jean-François Montmarché Photos de couverture : en haut : Tempête de sable au Sahel, aussi appelée haboob sahélien. Photographie prise à Agoufou au Mali en 2004 © Patricia de Rosnay, Cesbio/CNRS. En Bas : épaisseur optique des aérosols produits par une réanalyse qui assimile les données Modis dans un modèle global d’aéorols pour le mois de juillet 2004. D’après Morcrette et al. (2009) et Benedetti et al. (2009) © ECMWF. Olivier Boucher Laboratoire de météorologie dynamique Tour 45-55, 3e étage, Case courrier 99 Université Pierre et Marie Curie 4, place Jussieu 75252 Paris Cedex 05 France www.biblio-scientifique.net Ingénierie et développement durable Dirigée par Bruno Sportisse Le développement durable est devenu en quelques années un enjeu majeur, au cœur de questions économiques, sociales ou politiques posées à nos sociétés. Dans ce contexte, l’expertise scientifique et technique a tou- jours joué un rôle clé permettant de diagnostiquer des états ou d’anticiper des évolutions – comme le débat autour du change- ment climatique en témoigne – ou d’avancer dans la recherche et l’expérimentation de solutions. Comment estimer les impacts des activités humaines sur l’envi- ronnement ? Quelles adaptations économiquement viables sont envisageables pour réduire les impacts négatifs? L’objet de cette collection est de proposer des ouvrages qui répondent à ces questions. L’approche peut être scientifique (lorsque les sujets relèvent encore pour partie de la recherche) ou technique. Les trans- ports, l’habitat, la production d’énergie, la gestion urbaine, la gestion de l’eau ou le management des risques sont les domaines privilégiés de ces ouvrages. Déjà paru dans la même collection : Pollution atmosphérique - Des processus à la modélisation Bruno Sportisse, 2008 À paraître : Hydrologie quantitative - Processus, modèles et applications Jacques Miquel, Pierre-Alain Roche, Éric Gaume www.biblio-scientifique.net Sommaire 1 Introduction générale 1 1.1 Le système climatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Bilan énergétique et composition de l’atmosphère . . . . . . . 2 1.3 Le cycle de l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.4 Aérosols et changement climatique . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.5 Plan de cet ouvrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2 Les aérosols atmosphériques 7 2.1 Déﬁnitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2 Les sources d’aérosols et de précurseurs d’aérosols . . . . . . . 9 2.2.1 Les sels marins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.2.2 Les poussières désertiques . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.2.3 Les aérosols volcaniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2.4 Les aérosols biogéniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2.5 Les aérosols de combustion de la biomasse . . . . . . . . 10 2.2.6 Les aérosols de combustion des fuels fossiles . . . . . . . 11 2.3 Distribution spatiale et temporelle des aérosols . . . . . . . . . 12 2.4 Interactions aérosol-nuage-rayonnement . . . . . . . . . . . . . 13 2.5 Eﬀets climatiques des aérosols . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3 Propriétés physiques, chimiques et optiques des aérosols 17 3.1 Mode ﬁn, mode d’accumulation, mode grossier . . . . . . . . . 17 3.2 Distribution en taille . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.3 Composition chimique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.3.1 Notion de mélange d’aérosols . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.3.2 Aérosols inorganiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.3.3 Aérosols de carbone suie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.3.4 Aérosols organiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.4 Indice de réfraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.5 Déliquescence, eﬄorescence, phénomène d’hystérésis . . . . . . 24 3.6 Déﬁnition des paramètres optiques . . . . . . . . . . . . . . . . 26 www.biblio-scientifique.net viii Aérosols atmosphériques - Propriétés et impacts climatiques 3.6.1 Sections eﬃcaces d’absorption et de diﬀusion . . . . . . 26 3.6.2 Épaisseur optique et coeﬃcient d’Ångström . . . . . . . 27 3.6.3 Fonction de phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.6.4 Fraction de diﬀusion vers le haut . . . . . . . . . . . . 29 3.7 Calcul des propriétés optiques des aérosols . . . . . . . . . . . 30 3.8 Un mot sur les particules non sphériques . . . . . . . . . . . . 33 3.9 Aérosols et visibilité atmosphérique . . . . . . . . . . . . . . . 33 4 Modélisation des aérosols 37 4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 4.2 Émissions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 4.2.1 Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 4.2.2 Combustibles fossiles, biocarburants et autres sources anthropiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 4.2.3 Feux de végétation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4.2.4 Sels marins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4.2.5 Poussières désertiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.2.6 Diméthylsulfure . . . . . . . uploads/Science et Technologie/ aerosols-atmospheriques-proprietes-et-impacts-climatiques 1 .pdf