5. Aerosols, nuages et pluies
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Ie gradient de concentration entre la phase gazeuse loin de I'aerosol et la phase
gazeuse « a la surface» de l'aerosol, Cette derniere est supposec a I'equilibre
thermodynamique avec la composition interne: on parlera d' equilibre thermodynamique local.
La condensation est tres rapide pour les aerosols submicroniques. Au-dela,
les transferts de masse sont beaucoup plus lents. On parle ainsi souvent de
mode d'accumulation pour les aerosols dont la taille va de quelques nanometres
a un micromotre (la OU s'accumulent les aerosols formes par condensation).
La composition de l'aerosol inorganique continental est fortement pilotce
par l'interaction entre Ie sulfate, Ie nitrate et l'ammonium. Les prccurseurs
gazeux sont respectivement :
• Ie dioxyde de soufre (S02) qui s'oxyde en acide sulfurique (H 2S04) de
pression de vapeur saturante quasi nulle (H 2S04 condense donc cntiercment en phase particulaire) ;
• l'acide nitrique (HN0 3 ) qui resulte de l'oxydation des NO x ;
• l'ammoniac (NH 3 ) , lie notamment a I'activite agricole.
Au sein des aerosols, Ie nitrate et Ie sulfate sont en competition a I'egard de
l'ammonium, pour la formation du nitrate d'ammonium (NH 4N0 3==NHt +N0 3 )
et du sulfate d'ammonium ((NH4)2S04 == 2NHt +SO~-). Un point-ole est que
Ie second sel se forme prcfercnticllcmcnt.
On distingue en general deux regimes en fonction de la richesse en ammonium du milieu (plusieurs indicateurs existent) :
• si Ie milieu est riche en ammonium, Ie sulfate d'ammonium se forme,
puis avec l'exces d'ammonium, Ie nitrate d'ammonium. L'aerosol est en
general peu acide, voire neutre.
• si Ie milieu est pauvre en ammonium, il n'y a pas assez d'ammonium pour
neutraliser Ie sulfate et l'aerosol est fortement acide. Le nitrate d'ammonium ne peut alors pas se former.
Transfert de masse vers les gouttes de nuage
Une partie du spectre des aerosols va jouer Ie role de noyaux de condensation (CCN pour cloud condensation nuclei) pour la vapeur d'eau. On parle
alors d' aerosols actives. Ce processus est capital pour la formation des gouttes
de nuage, la condensation de la vapeur d'eau ne pouvant pas avoir lieu en l'absence de tels noyaux (section 5.2).
Reactions en phase het.erogene
Les reactions ala surface de la matiere con densee (particules et gouttelettes
de nuage ou de brouillard) peuvent avoir un impact significatif sur la photochimie en phase gazeuse et les aerosols. Ces processus sont habituellement decrits
a l'aide d'une cinetiquc du premier ordre.
Processus de perte
Les aerosols sont lessives par la pluie et deposes au sol. Pour les plus gros,
les effets de sedimentation gravitationnelle peuvent jouer un role (exercice 5.1).
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Ie gradient de concentration entre la phase gazeuse loin de I'aerosol et la phase
gazeuse « a la surface» de l'aerosol, Cette derniere est supposec a I'equilibre
thermodynamique avec la composition interne: on parlera d' equilibre thermodynamique local.
La condensation est tres rapide pour les aerosols submicroniques. Au-dela,
les transferts de masse sont beaucoup plus lents. On parle ainsi souvent de
mode d'accumulation pour les aerosols dont la taille va de quelques nanometres
a un micromotre (la OU s'accumulent les aerosols formes par condensation).
La composition de l'aerosol inorganique continental est fortement pilotce
par l'interaction entre Ie sulfate, Ie nitrate et l'ammonium. Les prccurseurs
gazeux sont respectivement :
• Ie dioxyde de soufre (S02) qui s'oxyde en acide sulfurique (H 2S04) de
pression de vapeur saturante quasi nulle (H 2S04 condense donc cntiercment en phase particulaire) ;
• l'acide nitrique (HN0 3 ) qui resulte de l'oxydation des NO x ;
• l'ammoniac (NH 3 ) , lie notamment a I'activite agricole.
Au sein des aerosols, Ie nitrate et Ie sulfate sont en competition a I'egard de
l'ammonium, pour la formation du nitrate d'ammonium (NH 4N0 3==NHt +N0 3 )
et du sulfate d'ammonium ((NH4)2S04 == 2NHt +SO~-). Un point-ole est que
Ie second sel se forme prcfercnticllcmcnt.
On distingue en general deux regimes en fonction de la richesse en ammonium du milieu (plusieurs indicateurs existent) :
• si Ie milieu est riche en ammonium, Ie sulfate d'ammonium se forme,
puis avec l'exces d'ammonium, Ie nitrate d'ammonium. L'aerosol est en
general peu acide, voire neutre.
• si Ie milieu est pauvre en ammonium, il n'y a pas assez d'ammonium pour
neutraliser Ie sulfate et l'aerosol est fortement acide. Le nitrate d'ammonium ne peut alors pas se former.
Transfert de masse vers les gouttes de nuage
Une partie du spectre des aerosols va jouer Ie role de noyaux de condensation (CCN pour cloud condensation nuclei) pour la vapeur d'eau. On parle
alors d' aerosols actives. Ce processus est capital pour la formation des gouttes
de nuage, la condensation de la vapeur d'eau ne pouvant pas avoir lieu en l'absence de tels noyaux (section 5.2).
Reactions en phase het.erogene
Les reactions ala surface de la matiere con densee (particules et gouttelettes
de nuage ou de brouillard) peuvent avoir un impact significatif sur la photochimie en phase gazeuse et les aerosols. Ces processus sont habituellement decrits
a l'aide d'une cinetiquc du premier ordre.
Processus de perte
Les aerosols sont lessives par la pluie et deposes au sol. Pour les plus gros,
les effets de sedimentation gravitationnelle peuvent jouer un role (exercice 5.1).