Les aérosols marins

Les particules de sels de mer sont produites par les embruns océaniques. Sous l’action des vagues déferlantes, des gouttelettes d’eau de grosse taille sont projetées dans l’atmosphère (phénomène de bubbling) (Blanchard et Woodcock, 1957, Schulz et al., 2004). Après évaporation de l’eau de mer, les sels marins solides sont mis en suspension dans l’atmosphère et constituent des particules d’aérosol. L’efficacité de production des particules par ce mécanisme dépend beaucoup de la vitesse du vent (Lewis et Schwartz, 2004). Par exemple, la production de particules au sommet des vagues ne se produit qu’à partir d’une vitesse de vent

supérieure à 9 m.s-1. Pour un régime de vents modérés, la concentration des particules de sel

de mer est en général 10 cm-3 ou moins, alors que lors de vents forts (>10 m.s-1) leur

concentration peut augmenter jusqu’à 50 cm-3, ou plus (O'Dowd et al., 1997; Shinozuka et al.,

2004). Dans les régions océaniques, où la vitesse du vent est élevée et où les autres sources

d’aérosols sont faibles, les aérosols marins peuvent être le facteur source dominant des CCN (O'Dowd et Smith, 1993; Murphy et al., 1998a; Quinn et al., 1998; Gong et al., 2002;

Shinozuka et al., 2004). Au niveau global, ce type d’aérosol domine largement en masse et est

très souvent à l’origine de la formation des pluies sur les océans.

L’estimation du flux total des sels de mer, de l’océan vers l’atmosphère, varie énormément

3300 Tg.an-1 (Houghton et al., 2001), 6500 Tg.an-1 (Grini et al., 2002), ou 5900 Tg.an-1

(Tegen et al., 1997). Une grande part de ces différences peut être attribuée au choix de la limite haute du diamètre de coupure. Si on élargit la gamme de diamètres observée, les particules du mode grossier, dont le temps de vie est très limité, sont inclues dans

l’estimation. La plus récente (Schulz et al., 2004) est de 2690 Tg.a-1 dans le mode centré à

2.3 Interactions aérosol et précipitation 43

Lors de son transport, les masses d’air marine rencontrent des masses d’air « polluées », ce qui modifient les propriétés physiques et chimiques des sels de mer pour former une entité appelée « aérosol marin ».

2.2.3.1. Distribution en taille des aérosols marins

La gamme de diamètres des sels marins est relativement large (0.05-10µm). Leur masse

réside essentiellement dans la gamme super-micronique, tandis que, le plus grand nombre d’aérosols marins se trouve dans la gamme de diamètres inférieurs à 1 µm. Le mode principal est centré à 0.5 µm et un nombre non négligeable d’aérosols marins est présent à 0.1 µm (Campuzano-Jost et al., 2003). Les études en laboratoire de la production des aérosols marins, par Mårtensson et al. (2003), indiquent que le mode le plus fin se situerait un peu en dessous de 0.1 µm (~0.05-0.08 µm). De très petites particules de sel de mer (0.02-0.03 µm) sont aussi produites par les vagues qui viennent se briser sur la côte (Clarke et al., 2003).

2.2.3.2. Composition chimique et solubilité des aérosols marins

La composition chimique des sels de mers non-modifiés est proche de celle de la matière dissoute dans l’eau de mer (chlorure de sodium, nitrate, sulfate ...). Bardouki et al. (2003)

montrent que le sulfate ( 2−

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SO ) et l’ammonium (NH₄+) sont les principaux composants

ioniques de la fraction submicronique de l’aérosol marin. Dans la fraction grossière, la partie ionique représente 58% de la masse totale, les poussières désertiques 32%, et la partie

indéterminée 12 à 30% qui peut être en partie attribuée à l’eau. Les ions nitrate (NO3-),

chlorure (Cl-), sodium (Na+) et calcium (Ca+) sont dominants dans le mode super-micronique.

Une revue par Heintzenberg et al. (2000) montre que la pollution anthropique est omniprésente sur les océans de l'hémisphère nord en raison du transport à grande échelle de la pollution continentale. De nombreuses études ont prouvé la présence de composés organiques et inorganiques, insolubles (débris biologiques, microbes, etc.) et solubles (Novakov et al.,

1997; Middlebrook et al., 1998; Murphy et al., 1998b ; Cavalli et al., 2004; O'Dowd et al.,

2004). Leur contribution est fortement influencée par le poids respectif des émissions

biogéniques et anthropiques. La spécification des espèces organiques n’est pas entièrement résolue mais il y a clairement présence de carbone insoluble et soluble.

Quelques observations sur les particules sèches suggèrent que des composés organiques (acides gras biogéniques) sont présents sous forme de couches à la surface des cristaux de sel (Tervahattu et al., 2002b). Ces composés organiques solubles et insolubles se trouvent aussi bien dans le mode grossier que dans le mode fin (McInnes et al., 1997; Matthias-Maser et al.,

1999; Guazzotti et al., 2001; Mayol-Bracero et al., 2001; Cavalli et al., 2004). Et, dans les

régions biologiquement actives, la fraction des composants organiques peut approcher 90 % dans le mode centré à 100nm (Cavalli et al., 2004). Dans le cas d’une pellicule de surface, les composants organiques ou inorganiques pourraient empêcher ou au contraire augmenter l'assimilation de l’eau par les particules de sel de mer grâce aux processus de collision- coalescence (Medina et Nenes, 2004 ; Saxena et Hildemann, 1996). Cela peut avoir un impact considérable car les espèces organiques solubles pourraient changer les propriétés CCN et IN des particules de sel de mer (Facchini et al., 2000; Charlson et al., 2001; Feingold et

Chuang, 2002).

Il existe quelques observations prouvant l’existence de particules de sel de mer fines ou ultra- fines, mais leur nombre et leur rôle direct ou indirect en tant que CCN restent flous. Ces très fines particules de sel de mer peuvent être importantes dans le bilan de CNN marins, même si leur diamètre se trouve en dessous du diamètre critique d’activation, à faibles sursaturations,

des gouttelettes dans les stratus marins. Ces fines particules peuvent être utilisées comme noyaux pour la croissance des particules de sulfate (à partir de l’oxydation du DMS) dans un mode d’accumulation (Charlson et al., 1987). En effet, la production de particules de sulfate par nucléation homogène est très rare dans une atmosphère marine propre (Pirjola et al.,

2000). D’autre part, les particules de sel de mer les plus grosses peuvent constituer un puit

pour les molécules gazeuses de H2SO4, ce qui diminue la quantité de sulfate disponible pour

la formation de particules dans le mode d’accumulation (Gong et Barrie, 2003). Des études supplémentaires sur la distribution en taille, la composition chimique et le taux de production des aérosols marins submicroniques seront nécessaires pour résoudre ces questions.