Caract´ erisation g´ en´ erale des a´ erosols marins pendant SAFMED+

Avant de pr´esenter les propri´et´es optiques et radiatives des a´erosols marins pendant la simulation SAFMED+ et en particulier pendant le vol instrument´e, ses caract´eristiques en terme de concentrations en masse et en nombre sont abord´ees. Les figures 5.27 (a), (b) et (c) pr´esentent les concentrations en masse `a la surface simul´ees par MesoNH avant, pendant, et apr`es le vol instrument´e. Ces figures indiquent que la concentration `a la surface croˆıt pendant cette journ´ee du 10 juillet, sous l’influence du mistral. Ainsi, le maximum atteint le 10 juillet `

a 0900 UTC est de 12.1 µg m−3 `a l’ouest de la Sardaigne alors qu’il est de 14.2 µg m−3 `a 1517 UTC au large de la Tunisie.

En terme d’ordre de grandeur, la concentration en masse `a la surface au coeur du panache est ´elev´ee (<sub>∼ 15 µg m</sub>−3) et surpasse les concentrations in-situ observ´ees dans le bassin m´editerran´een en site cˆotiers ou sur bateau, qui sont majoritairement inf´erieures `a 10 µg m−3 (Querol et al., 2008; Pey et al., 2009; Koulouri et al., 2008; Piazzola et al., 2012; Sellegri et al., 2001). Elle est cependant inf´erieure `a des concentrations plus importantes observ´ees au Cap Vert pour des conditions de vents forts (_{∼ 40 µg m}−3, ws > 10 m s−1 (Fomba et al., 2014)).

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

(g) (h) (i)

Figure 5.27 – Cartes repr´esentant la concentration en masse et en nombre, ainsi que la charge atmosph´erique des a´erosols marins simul´ees `a la surface le 10 juillet `a 0900 UTC (a), (d) et (i), `a 1200 UTC (b), (e) et (j) et `a 1517 UTC (c), (f) et (k).

On retrouve le mˆeme sch´ema pour la concentration en nombre simul´ee, repr´esent´ee sur les figures 5.27 (d), (e) et (f). Ainsi, elle augmente au fil de la journ´ee du 10 juillet, avec un maximum `a l’Ouest de la Sardaigne d’environ 30 cm−3 `a 0900 UTC qui passe `a plus de

40 cm−3 `a 1517 UTC. La trajectoire de l’avion est repr´esent´ee sur la figure 5.27 (e) et on remarque qu’elle se situe en bordure du panache d’a´erosols marins.

Les concentrations en nombre au coeur du panache ne sont pas tr`es ´elev´ees, mais situ´ees dans les ordres de grandeurs des valeurs couramment admises (> 150 cm−3 (D O’Dowd et De Leeuw, 2007; Yoon et al., 2007)). Pour un cas de mistral, Piazzola et al. (2012) a observ´e `

a Porquerolles une concentration en nombre (d < 500 nm) de 320 cm−3. La concentration en nombre simul´ee par MesoNH `a Porquerolles a ´et´e extraite et moyenn´ee pour la journ´ee du 10 juillet. Les quatre premiers modes ont ´et´e consid´er´es ici pour comparer la mˆeme gamme de taille que les mesures du SMPS. On obtient une valeur moyenne de 4.5 _{± 0.7 cm}−3, qui est inf´erieure de deux ordres de grandeur aux mesures de Piazzola et al. (2012)

Ce biais important entre les mesures de Piazzola et al. (2012) et la simulation SAFMED+ peut ˆetre attribu´e aux autres types d’a´erosols mesur´es par le SMPS ou `a la diff´erence in- trins`eque entre ces deux ´episodes de mistral se d´eroulant respectivement en 2007 et en 2014. Les fortes valeurs de concentration en nombre obtenues par Piazzola et al. (2012) peuvent ´

egalement ˆetre expliqu´ees par la formation d’a´erosols marins secondaires par nucl´eation dont la concentration peut atteindre quelques milliers de particules cm−3.

Pour finir la pr´esentation de la situation, la charge en a´erosols marins nous permet d’avoir plus d’informations sur la concentration en particules sur la colonne atmosph´erique. Etant donn´e que l’avion vole `a des altitudes sup´erieures `a 300 m, la concentration en masse `a la surface n’est pas forc´ement repr´esentative des concentrations rencontr´ees dans la CLM. La charge en a´erosols marins sur le bassin ouest est comprise entre 6 et 20 mg m−2 le 10 juillet avec une augmentation au cours de la journ´ee. Ainsi, `a 0900 UTC, la charge maximale est de 17 mg m−2 `a l’ouest de la Sardaigne et de 18 mg m−2 `a l’ouest de l’Italie. Elle est de 20 mg m−2 `a 1517 UTC au sud de la Sardaigne. Les valeurs maximales sont situ´ees `a l’ouest et au sud-ouest de la Sardaigne. On note avec ces trois param`etres que le panache d’a´erosols ma- rins suit bien une direction Nord-Ouest, comme on peut s’y attendre pour un cas de mistral fort. La charge atmosph´erique simul´ee sur cet ´episode est plus importante que celle obtenue dans la simulation de Salameh et al. (2007) qui rapportent des valeurs comprises entre 0.1 et 5 mg m−2. Cependant, la charge simul´ee par MesoNH se situe dans la gamme simul´ee par Kushta et al. (2014) avec le mod`ele RCFC, comprise entre 10 et 100 mg m−2 au dessus de l’oc´ean Atlantique et de la mer M´editerran´ee.

Les figures pr´ec´edentes illustraient la situation globale pendant la simulation SAFMED+. Nous nous attachons maintenant `a pr´esenter les concentrations simul´ees le long de la tra- jectoire de l’avion. La figure 5.28 repr´esente `a gauche l’altitude de l’avion en fonction de sa trajectoire et au centre et `a droite les concentrations en masse et en nombre totales. Cette figure indique tout d’abord que l’avion vole majoritairement `a des altitudes assez basses, en dessous des 1000 m. Il r´ealise 3 profils verticaux, deux au niveau du golfe du Lion, `a l’aller

et au retour ainsi qu’un dernier plus au sud-est du golfe du Lion. On remarque ´egalement sur cette figure que les concentrations en nombre et en masse simul´ees sont nulles pendant la phase de d´ecollage et d’atterrissage, notamment au dessus du continent. Sur la trajectoire de l’avion, les concentrations en masse et en nombre ne d´epassent pas 5 µg m−3 et 13 cm−3, respectivement. Comme attendu, les concentrations maximales sont simul´ees le plus au sud, donc plus proche du panache, mais ´egalement pour des altitudes inf´erieures `a 500 m.

Figure 5.28 – Cartes repr´esentant le vol instrument´e. A gauche l’altitude (observations, SAFIRE), au milieu et `a droite les concentrations en masse et en nombre totales mod´elis´ees, respectivement.

Afin d’´evaluer la repr´esentation de ces param`etres pendant ce cas d’´etude, nous dispo- sons des observations de concentrations en nombre mesur´ees par l’instrument GRIMM dans l’avion. Il faut noter qu’il n’y avait pas d’instrumentation `a bord de l’avion permettant de quantifier la concentration en masse PM10 des a´erosols marins, cette variable ne peut donc

pas ˆetre ´evalu´ee pendant SAFMED+. Cependant, la concentration en nombre en a´erosols (sans distinction de l’esp`ece chimique) a donc ´et´e mesur´ee par un GRIMM (0.25 < d < 32 µm, install´e sur la veine de pr´el`evement du CNRM dont le diam`etre de coupure ´etait de 5 µm). La figure 5.29 pr´esente les concentrations observ´ees et simul´ees pendant le vol. La concentration observ´ee est largement sup´erieure `a celle mod´elis´ee. En effet, elle est en moyenne de 22.48 ± 18.29 cm−3 _{pendant le vol alors que celle mod´elis´ee est en moyenne de 4.87 ± 4.0 cm}−3_.

Les diff´erents scores sont pr´esent´es dans le tableau 5.8. En prenant en compte le diam`etre de coupure bas de la veine de pr´el`evement du GRIMM, la concentration mod´elis´ee est encore plus faible (1.43 cm−3) que la concentration observ´ee. Ceci peut s’expliquer par le fait que le GRIMM mesure toutes les particules atmosph´eriques et pas uniquement les a´erosols marins. De plus, les vents forts rencontr´es lors des ´episodes de Mistral, dispersent les a´erosols situ´es au dessus du continent, et notamment d’origine anthropique, au large. Les a´erosols observ´es par le GRIMM ont donc probablement en partie une origine anthropique.

Malgr´e ce biais important, les concentrations mod´elis´ees et observ´ees suivent la mˆeme tendance temporelle qui est d´enot´ee par une corr´elation de 0.63.

Figure 5.29 – S´erie temporelle du vol instrument´e repr´esentant la concentration en nombre totale mod´elis´ee en rouge et la concentration en nombre mesur´ee par le GRIMM (0.25 < d < 32 µm) en bleu.

Corr Biais Mean (Obs) Mean (Mod`ele) Mean (Mod`ele) Concentration Concentration

totale Modes 4 et 5

GRIMM 0.63 -17.61 22.48 ± 18.29 4.87± 4.0 1.43

Table 5.8 – Comparaison entre la concentration en nombre mesur´ee par le GRIMM (0.25 < d < 32 µm) install´e dans l’avion et la concentration en nombre en a´erosols marins mod´elis´ee. Dans cette partie, nous avons expos´e les caract´eristiques du cas d’´etude SAFMED+ en ce qui concerne les concentrations en a´erosols marins. Pour compl´eter cette ´etude, nous pr´esentons `a pr´esent les extinctions (dans le visible) simul´ees pour la p´eriode ´etudi´ee.