Campagne de mesure proche de Pékin par l’IFT

Cette campagne de mesure a été réalisée à Wuqing situé à une cinquantaine de kilomètres au Sud-ouest de Pékin en Chine. Les mesures ont débuté le 2 mars 2009 et se sont achevées le 4 avril 2009.

La première problématique est de distinguer les panaches de particules de poussière minérale des autres panaches particulaires. Pour cela, les concentrations moyennes en masse des aérosols (TPS : masse Totale de Particules en Suspension) seront comparées. Des concentrations élevées en TPS (pour des TPS ≤ 20 Pm) indiquent une plus forte concentration en grosses particules. En effet, celles-ci contribuent plus fortement à la concentration totale en masse de particules que les plus petites. Une tempête de sable étant constituée essentiellement de « grosses » particules, une haute concentration en TPS reflètera ainsi la présence de ces tempêtes.

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Finalement, pour différencier les panaches particulaires, une concentration moyenne des TPS est calculée pour les PM1 et PM10⁴. Ce calcul a été établi grâce aux données combinées d’un TDMPS (Twin Differential Mobility Particle Sizer) et d’un APS (Aérodynamiqe Particule Sizer).

Le tableau IV.1 résume les évènements la veille et le jour de la formation de nouvelles particules. Les signes « + » et « - » du tableau représentent respectivement les jours de formation de nouvelles particules et les jours où cette formation n’est pas observée. En fonction de chacun de ces jours la concentration en masse totale de particules en suspension et le rapport de masse entre les PM1 et les PM10 sont rapportés.

Tableau IV.1. : Concentration des TPS et rapport PM₁/PM₁₀ mesurés à la station météorologique de Wuqing (39°23'9"N, 117°1'26"E). Jour de mesure [mm/jj/aaaa] Formation de nouvelles particules TPS concentration [μg/m³] ^PM1/PM10 03/08/2009 - 256 0.4 03/09/2009 + 39 0.6 03/12/2009 - 274 0.3 03/13/2009 + 23 0.6 03/21/2009 - 222 0.3 03/22/2009 + 21 0.8 03/24/2009 - 88 0.5 03/25/2009 + 85 0.6 03/26/2009 + 34 0.7 03/30/2009 - 156 0.4 03/31/2009 + 98 0.3 04/01/2009 + 50 0.6 Moyenne du jour précédent la nucléation ^{199 ± 77 0.4 ± 0.1} Moyenne le jour de la nucléation ^{51 ± 28 0.6 ± 0.1}

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Le jour précédent la formation de nouvelles particules, aucun événement de nucléation n’est observé. Les valeurs élevées de PM10 et la masse totale de particules en suspension (TPS ≤ 20 Pm) sont utilisées comme indicateurs d’événements de panaches de poussières. Tous les jours précédents la nucléation, les concentrations massiques TPS étaient plus élevées. En revanche, de plus faibles concentrations en masse de TPS ont été détectées le jour de formation des nouvelles particules ultrafines. De plus, les faibles valeurs du rapport PM1/PM10 observées le jour précédent l’événement, indique que la fraction en particules de « grande » taille est dominante. Les particules submicroniques sont principalement d’origine secondaire alors que la plupart des particules de grande taille proviennent de sources primaires telles que la remise en suspension de matière terrestre (comme les poussières minérales). Par conséquent, les basses valeurs du rapport PM1/PM10 observées tous les jours précédents l’évènement de nucléation (Tableau I.V.1), indiqueraient une teneur plus élevée en poussière minérale dans l’atmosphère.

Les trajectoires des poussières calculées avec le modèle NOAA HYSPLIT ont été utilisées pour évaluer l’origine de ces particules (Figure IV.15 colonne de gauche). Cette figure montre que pour tous les jours de formation de nouvelles particules, les parcelles d’air provenaient des régions désertiques du Gobi en Mongolie et du Nord de la Chine. Ces trajectoires confirment la contribution des sources de poussières du désert de Gobi (colonne de gauche, zone jaune).

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Figure IV.15 : Résultats de mesures in situ réalisées à la station météorologique Wuqing, en Chine

(39° 23'9 "N, 117 ° 1'26" E).a. Représente un jour de formation de nouvelles particules. b. Représente un jour typique de tempête avec une masse et une concentration élevée en TPS. c. Représente une journée typique avec une faible concentration en PM₁₀ en relation avec la concentration massique des TPS (aucune formation de nouvelles particules n’a été observée ce jour là.)

Les colonnes de gauche représentent le trajet des particules pendant 24 heures (calculé par NOAA HYSPLIT (Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectories, version 4.8) à différentes altitudes, 200, 500 et 1000 m en débutant à 8 heure (heure locale).

Les graphiques en haut à droite représentent la distribution en volume des particules dans une gamme de taille comprise entre 0,8 et 8 Pm (indiquant la présence de poussières grossières).

Les graphiques en bas à droite représentent les concentrations en nombre de particules avec un diamètre compris entre 3 et 800 nm (plage de données en couleur) en fonction de l’heure locale de la journée (axe des abscisses) et le diamètre de particules (axe des ordonnées).

b.

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Les figures IV.15 b et c montrent que les événements de nucléation ne sont pas observés lors de fortes tempêtes de sable. Le constat est le même lorsque les particules de poussières désertiques ne sont pas mises à contribution. Sur les 29 jours d’échantillonnage, 9 tempêtes de sable et 7 évènements de nucléation ont été mesurés. Ces 7 évènements sont apparus à chaque fois, et seulement à la suite d’une tempête de sable. La figure IV.15.a montre que la formation de nouvelles particules est observée au lever du soleil juste après le passage d’une tempête de sable. Les nouvelles particules se forment donc lorsqu’il ne reste qu’une faible concentration en particules de poussières désertiques.

Ces mesures de terrain montrent qu'un phénomène inattendu de formation de nouvelles particules ultrafines en conjonction avec les tempêtes de poussières a lieu fréquemment. Ces résultats semblent supporter les résultats issus des expériences de laboratoire dans le sens où:

- la formation de nouvelles particules ultrafines est corrélée avec la surface des poussières minérales disponible ;

- ce phénomène n’apparaît que le jour, ce qui implique une nécessité de l’irradiation solaire.