Discussion

4.3.1 Contribution au signal enregistré sur AMS des émissions par les

feux de biomasse

Malgré l’isolement géographique d’AMS, l’observation d’orages radoniques suggère que des masses d’air en provenance du sud de l’Afrique peuvent occasionnellement venir

SHUWXUEHUOHVLJQDOGHFRQFHQWUDWLRQVHQ+JHW+JSHQUHJLVWUpj$06YRLUVHFWLRQ /HVIHX[GHELRPDVVHVRQWXQHVRXUFHLPSRUWDQWHGHPHUFXUHYHUVO¶DWPRVSKqUH)ULHGOLHWDO D'H6LPRQHHWDO$ORUVTX¶RQFRQVLGqUHJpQpUDOHPHQWOHVpPLVVLRQVSDUOHV IHX[GHELRPDVVHVRXVIRUPHGH+JXQLTXHPHQW'H6LPRQHHWDOFHUWDLQHVpWXGHV RQWPRQWUpTXHODIUDFWLRQGH+JSYDULHUDLWHQIDLWGHO¶RUGUHGHTXHOTXHVjSUqVGH SH[2EULVWHWDO)LQOH\HWDO1RWUHPpFRQQDLVVDQFHGHODVSpFLDWLRQH[DFWH DX VHLQ GHV pPLVVLRQV HQJHQGUH GH IRUWHV LQFHUWLWXGHV TXDQW DX[ GpS{WV GH PHUFXUH QRWDPPHQW j O¶pFKHOOH UpJLRQDOH OH WHPSV GH YLH GHV GHX[ HVSqFHV pWDQW VLJQLILFDWLYHPHQW GLIIpUHQWYRLUVHFWLRQ8QHpWXGHUpFHQWHV¶LQWpUHVVHDLQVLjO¶LQIOXHQFHGHODFRPSRVLWLRQ HQ+JSGHVpPLVVLRQVSDUOHVIHX[GHELRPDVVHVXUOHVGpS{WVGHPHUFXUH'H6LPRQHHWDO D 8Q HQVHPEOH GH VLPXODWLRQV D pWp HIIHFWXp OHV YDULDEOHV pWDQW OH PpFDQLVPH G¶R[\GDWLRQGH+JODIUDFWLRQGH+JSHWO¶LQYHQWDLUHG¶pPLVVLRQVXWLOLVp/HVGpS{WVGH PHUFXUHUpVXOWDQWVGHFHWHQVHPEOHVRQWSUpVHQWpVVXUOD)LJXUHD/HVUpVXOWDWVGHFHWWH pWXGH PRQWUHQW TXH O¶LQFOXVLRQ G¶XQH IUDFWLRQ GH +JS GDQV OHV pPLVVLRQV SDU OHV IHX[ GH ELRPDVVH HQJHQGUH XQ GpS{W SOXV LPSRUWDQW HQ URXJH SUqV GHV ]RQHV G¶pPLVVLRQV HW QRWDPPHQWDXQLYHDXGHO¶RFpDQ ,QGLHQ &HWWHpWXGHFRQIRUWHO¶LGpH DYDQFpH FLDYDQWVHORQ ODTXHOOH OHV IHX[ GH ELRPDVVH SHXYHQW RFFDVLRQQHOOHPHQW YHQLU SHUWXUEHU OH VLJQDO GH FRQFHQWUDWLRQVHQHVSqFHVPHUFXULHOOHVHQUHJLVWUpj$06/D)LJXUHEPRQWUHSDUDLOOHXUV TXHODFRQWULEXWLRQDX[GpS{WVGHPHUFXUHGHVIHX[GHELRPDVVHSDUUDSSRUWDX[pPLVVLRQV DQWKURSLTXHV HVW VXSpULHXUH j GDQV WRXW O¶+pPLVSKqUH 6XG HW HVW SURFKH GH DX QLYHDXG¶$06'DQVXQFRQWH[WHGHUpJXODWLRQIRUWHGHVpPLVVLRQVDQWKURSLTXHVYRLUVHFWLRQ RQV¶DWWHQGFHSHQGDQWjFHTXHODFRQWULEXWLRQUHODWLYHDX[GpS{WVGHPHUFXUHGHVIHX[GH ELRPDVVHDXJPHQWHSURJUHVVLYHPHQWDXILOGHVDQV'H6LPRQHHWDOD

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révèle être un site clé pour la surveillance, sur le long terme, des effets sur les concentrations en Hg(0) des réglementations instaurées dans le cadre de la Convention de Minamata (voir section 1.4). En ce sens, la station d’AMS est précieuse et permet notamment le suivi en continu, depuis 35 ans, de la concentration en CO2 par le service national d’observation ICOS-France (« Integrated Carbon Observation System ») du Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE, CNRS/CEA/UVSQ) avec le soutien de l’IPEV. Légère digression de ma part mais alors qu’AMS est la station où l’on relève les concentrations en CO2 les plus basses au monde (hors cycles saisonniers), la concentration vient d’y franchir, en mai dernier, la barre symbolique des 400 ppmv (CNRS, 2016).

Tableau 4-2: Tableau récapitulatif des concentrations en Hg(0) mesurées aux quatre sites d’intérêt. Il est à noter qu’à CGR, en 2011, des données ne sont disponibles que pour les mois de septembre, octobre et décembre et qu’en 2013, l’instrument n’a pas fonctionné en avril, mai et octobre.

Site moyenne ± écart-type médiane 2011 CPT AMS CGR TR 0,92 ± 0,11 - 0,96 ± 0,15 1,03 ± 0,19 0,93 - 0,98 1,06 2012 CPT AMS CGR TR 1,02 ± 0,10 1,03 ± 0,07 0,87 ± 0,13 1,05 ± 0,16 1,02 1,03 0,85 1,04 2013 CPT AMS CGR TR 1,05 ± 0,16 1,03 ± 0,10 0,85 ± 0,11 0,97 ± 0,16 1,04 1,03 0,86 1,00

Les données de concentrations atmosphériques en espèces mercurielles (voir section 4.1) et de flux de dépôts humides (voir section 4.2) enregistrées à AMS devraient par ailleurs permettre de mieux contraindre les modèles atmosphériques dans cette région du globe (voir section 4.3.1.3 ci-dessous).

4.3.3 Des données d’observations à disposition des modélisateurs

Des simulations multi-modèles récentes (UNEP, 2015), réalisées dans le cadre du programme GMOS, proposent une distribution géographique de la concentration moyenne en Hg(0) ainsi que des dépôts de mercure pour l’année 2013 (Figure 4-14). Ces simulations suggèrent une concentration moyenne en Hg(0) de l’ordre de 1,1-1,2 ng m-3 aux moyennes et hautes latitudes de l’Hémisphère Sud et un dépôt total de mercure de l’ordre de 6 à 10 µg m^-2 an^-1 dans le secteur d’AMS. Même en considérant une erreur systématique sur les données d’observations de l’ordre de 10 % (voir section 3.3.3), la valeur simulée surestime d’environ

-10 % les concentrations en Hg(0) mesurées à AMS, CPT et TR (voir section 4.3.1.2). Au vu des conditions météorologiques dans le secteur d’AMS (bruine très fréquente) il semble peu probable que le flux de dépôts secs soit plus important que le flux de dépôts humides. Même en considérant des flux de dépôts secs et humides du même ordre de grandeur, les dépôts totaux atteignent difficilement les 3-4 µg m^-2 an^-1 à AMS contre 6-10 µg m^-2 an^-1 simulés. Il apparaît ainsi indispensable de contraindre les modèles atmosphériques actuels avec les données d’observations enregistrées à AMS et aux autres stations sud-hémisphériques.

Figure 4-14: Distribution géographique pour l’année 2013 a) de la concentration moyenne en Hg(0) (en ng m-3) et b) des dépôts totaux de mercure (en µg m-2 an-1). D’après UNEP (2015).

Le paragraphe à suivre s’appuie sur l’article suivant, disponible en intégralité en Annexe 6 : Song, S., Selin, N. E., Soerensen, A. L., Angot, H., Artz, R., Brooks, S., Brunke, E.-G., Conley, G., Dommergue, A., Ebinghaus, R., Holsen, T. M., Jaffe, D. A., Kang, S., Kelley, P., Luke, W. T., Magand, O., Marumoto, K., Pfaffhuber, K. A., Ren, X., Sheu, G.-R., Slemr, F., Warneke, T., Weigelt, A., Weiss-Penzias, P., Wip, D. C., Zhang, Q.: Top-down constraints on atmospheric mercury emissions and implications for global biogeochemical cycling, Atmospheric Chemistry and Physics, 15, 7103-7125, 2015.

Cet article propose une modélisation inverse à l’échelle planétaire afin de contraindre les émissions atmosphériques actuelles. Cette étude se base sur des simulations numériques réalisées à l’aide du modèle atmosphérique GEOS-Chem (v9-02) et sur des données d’observations acquises de par le monde. L’optimisation des émissions résulte en une meilleure simulation des concentrations en Hg(0) dans l’Hémisphère Sud (Figure 4-15a). Contrairement aux observations (en noir), la simulation de référence (en bleu) prédit une forte variation saisonnière de la concentration en Hg(0) avec un maximum en hiver (~ 1,3 ng m-3) et un minimum en été (~ 0,9 ng m-3). L’optimisation des émissions (en rouge) engendre une diminution des concentrations hivernales, en accord avec les observations. Ce résultat s’explique par une modification de la saisonnalité des émissions océaniques, plus importantes en été et moins importantes en hiver après optimisation des émissions (Figure 4-15b). La saisonnalité des émissions océaniques au sein de l’Hémisphère Sud sera à nouveau abordée au sein du chapitre 6. L’optimisation des émissions réalisée dans cette étude a également permis d’optimiser certains paramètres clés du modèle atmosphérique GEOS-Chem (en vert). Cette

-étude est une preuve supplémentaire, s’il en était encore besoin, que les données d’observations acquises à AMS et aux autres sites GMOS permettent de contraindre et d’améliorer les modèles atmosphériques.

Figure 4-15: a) Concentrations moyennes mensuelles en Hg(0) dans l’Hémisphère Sud (en ng m-3). Les données d’observations (en noir) proviennent d’AMS, CPT et TR. Les barres d’erreur noires correspondent à l’incertitude totale sur les données d’observations. b) Emissions océaniques mensuelles dans l’Hémisphère Sud (en Mg mois-1). La partie grisée et les barres d’erreur rouges correspondent à une incertitude 1σ pour les simulations de référence et d’optimisation des émissions, respectivement. Données d’observations en noir, simulation de référence en bleu, simulation après optimisation des émissions en rouge et sim ulation après optimisation de certains paramètres au sein de GEOS -Chem en vert. D’après Song et al. (2015).

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5 Cycle atmosphérique du mercure sur

le continent antarctique

Ce chapitre décrit nos avancées concernant la compréhension du cycle atmosphérique du mercure en Antarctique. La section 5.1 propose une description et interprétation des concentrations en Hg(0) enregistrées sur la calotte glaciaire à DC. Cette section s’appuie sur un article publié présentant les données de janvier 2012 à décembre 2013. Un résumé, en français, des principaux résultats et conclusions issus de cet article est disponible au sein de la section 5.1.6. Les données acquises ultérieurement y sont également présentées. La section 5.2 propose quant à elle une description et interprétation des concentrations en Hg(0) enregistrées à DDU, sur la côte Est du continent, entre janvier 2012 et mai 2015. Cette section s’appuie également sur un article publié. Un résumé, en français, des principaux résultats et conclusions est disponible au sein de la section 5.2.6. Pour rappel, l’objectif de ce chapitre est de répondre aux questions suivantes : 1) Quelle est la réactivité atmosphérique du mercure en Antarctique central et sur la côte Est ? 2) Quelle est l’influence du manteau neigeux sur le cycle atmosphérique du mercure ? 3) Quelle est l’influence potentielle du continent Antarctique sur le cycle biogéochimique du mercure à plus large échelle ?

Dans le document Cycle atmosphérique du mercure dans des zones reculées de l’Hémisphère Sud : cas de la couche limite marine subantarctique et du continent Antarctique (Page 79-86)