5. Aerosols, nuages et pluies
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5.1.4.3 Equilibre thermodynamique local
La resolution du transfert de masse entre la phase particulaire et la phase
gazeuse necessite donc Ie calcul des concentrations a I'equilibre thermodynamique local, c~q (ml' ... , m n e , RH, T).
Cela necessite la resolution des equations d'equilibre du melange chimique
qui compose l'aerosol, Actuellement, la plupart des modeles ne prennent pas
en compte Ie melange entre partie inorganique et partie organique de l'aerosol,
Dans ces modelcs, les equilibres thermodynamiques sont supposes avoir lieu
independarnment pour les deux parties.
Cette hypothese est une faiblesse des modeles actuels, car Ie comportement
des divers composes par rapport al'eau est relativement mal represents : l'enjeu
est en effet de bien decrire Ie contenu en eau liquide de l' aerosol « associe » aux
divers composes hydrophiles (dont on considere que leur condensation favorise
celIe de l'eau). Dans une approche decouplcc, seuls les composes inorganiques
sont supposes etre hydrophiles et Ie contenu en eau liquide ne depend que des
concentrations inorganiques. Des travaux recents commencent amontrer Ie role
des composes organiques secondaires hydrophiles.
L'etat de I'aerosol, liquide ou sec, est determine par l'humidite relative et
par la propension des especes ou des sels qui Ie composent a faire condenser la
vapeur d'eau. On definit classiquement l' humidite relative de deliquescence d'un
compose, notee DRH (pour deliquescence relative humidity), comme l'humidite
relative a partir de laquelIe, lorsque l'humidite augmente, l'aerosol commence a
absorber de l'eau et devient donc liquide. Plus DRH est faible, plus Ie compose
absorbe donc facilement de l'eau.
Lorsque l'humidite diminue, l'aerosol ne devient pas solide lorsque RH atteint DRH. II reste sous forme liquide jusqu'a une humidite relative dite de
cristallisation, C RH (avec une notation evidente), a laquelle la precipitation a
lieu. Ce phenornene d' hysteresis est illustre par la figure 5.9. On renvoie egalement au tableau 5.6 pour quelques valeurs indicatives. L'exercice 5.4 donne un
exemple de calcul thermodynamique simple pour Ie cas d'un sel solide.
Sel
NH 4Cl
NH 4N0 3
NH 4HS04
(NH 4 ) 2 S0 4
DRH (en %)
77
61.8
40
79.9
CRH (en %)
47
[25,32]
[0.05, 22]
Tableau 5.6 - Estimation des DRH et CRH de quelques sels a 298 K. Source:
[60].
Les proprietcs de deliquescence d'un melange de sels s'obtiennent par ailleurs
a partir de celles des sels pris individuellement. Par exemple, Ie DRH du melange (on parle de MDRH, Mpour mutual) est toujours inferieur au minimum
des DRH.
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5.1.4.3 Equilibre thermodynamique local
La resolution du transfert de masse entre la phase particulaire et la phase
gazeuse necessite donc Ie calcul des concentrations a I'equilibre thermodynamique local, c~q (ml' ... , m n e , RH, T).
Cela necessite la resolution des equations d'equilibre du melange chimique
qui compose l'aerosol, Actuellement, la plupart des modeles ne prennent pas
en compte Ie melange entre partie inorganique et partie organique de l'aerosol,
Dans ces modelcs, les equilibres thermodynamiques sont supposes avoir lieu
independarnment pour les deux parties.
Cette hypothese est une faiblesse des modeles actuels, car Ie comportement
des divers composes par rapport al'eau est relativement mal represents : l'enjeu
est en effet de bien decrire Ie contenu en eau liquide de l' aerosol « associe » aux
divers composes hydrophiles (dont on considere que leur condensation favorise
celIe de l'eau). Dans une approche decouplcc, seuls les composes inorganiques
sont supposes etre hydrophiles et Ie contenu en eau liquide ne depend que des
concentrations inorganiques. Des travaux recents commencent amontrer Ie role
des composes organiques secondaires hydrophiles.
L'etat de I'aerosol, liquide ou sec, est determine par l'humidite relative et
par la propension des especes ou des sels qui Ie composent a faire condenser la
vapeur d'eau. On definit classiquement l' humidite relative de deliquescence d'un
compose, notee DRH (pour deliquescence relative humidity), comme l'humidite
relative a partir de laquelIe, lorsque l'humidite augmente, l'aerosol commence a
absorber de l'eau et devient donc liquide. Plus DRH est faible, plus Ie compose
absorbe donc facilement de l'eau.
Lorsque l'humidite diminue, l'aerosol ne devient pas solide lorsque RH atteint DRH. II reste sous forme liquide jusqu'a une humidite relative dite de
cristallisation, C RH (avec une notation evidente), a laquelle la precipitation a
lieu. Ce phenornene d' hysteresis est illustre par la figure 5.9. On renvoie egalement au tableau 5.6 pour quelques valeurs indicatives. L'exercice 5.4 donne un
exemple de calcul thermodynamique simple pour Ie cas d'un sel solide.
Sel
NH 4Cl
NH 4N0 3
NH 4HS04
(NH 4 ) 2 S0 4
DRH (en %)
77
61.8
40
79.9
CRH (en %)
47
[25,32]
[0.05, 22]
Tableau 5.6 - Estimation des DRH et CRH de quelques sels a 298 K. Source:
[60].
Les proprietcs de deliquescence d'un melange de sels s'obtiennent par ailleurs
a partir de celles des sels pris individuellement. Par exemple, Ie DRH du melange (on parle de MDRH, Mpour mutual) est toujours inferieur au minimum
des DRH.