ANR « FAAR » – La complexation de surface : un phénomène clé de la réactivité atmosphérique des aérosols de fer ?

Le fer (Fe) est un micronutriment indispensable au développement de la biomasse océanique qui constitue l’un des principaux puits de carbone à l’échelle globale. Dans environ 30% des océans, le développement de cette biomasse est contrecarré par une déficience en fer qui limite la production primaire. Cette déficience est liée aux très faibles concentrations en Fe soluble (bioaccessible en 1^ère approximation) dans les eaux. Afin de comprendre l’origine et les conséquences de ces teneurs (de l’ordre du ng Fe/L), différents modèles ont cherché à déterminer la variabilité des apports en Fe à l’océan, notamment via les aérosols. Depuis une dizaine d’année les progrès réalisés sur la mesure de la composition isotopique de Fe ont permis de tester la sensibilité de ces modèles aux variations spatiotemporelles des apports, notamment dans le cas des aérosols anthropiques, réputés très solubles en eau nuageuse. Cette approche est cependant rendue délicate par l’existence de phénomènes de fractionnement isotopique qui seraient liés à la dissolution des particules au sein des nuages. Nos travaux précédents semblent montrer que cet effet isotopique est lié à l’existence d’une compétition entre complexes Fe-ligand en solution et la présence de complexes similaires en surface des particules. Le Projet FAAR a pour ambition d’expliquer ces processus via une double approche, à la fois expérimentale et théorique. Il s’agira d’une part de simuler la dissolution de particules modèles d’aérosols de fer en eau nuageuse reconstituée, afin de relier la composition isotopique du fer dissous aux caractéristiques des complexes de surface. Ces particules modèles sont des nanoparticules d’hématite alpha dont la croissance cristalline a été contrôlée, afin de produire des nanoparticules dont les plans de cristallisation préférentielle seront exposés à l’eau nuageuse. D’autre part, ce fractionnement sera estimé via des méthodes de chimie quantique, basées sur des calculs Ab Initio et comparé, de la même manière, aux stabilités respectives des complexes de surface et en solution, de manière à conclure sur la possibilité d’étendre nos simulations à des conditions atmosphériques plus réalistes.

Partenaires :

FR 2638 – IMEC – Institut Michel Eugène Chevreul (Université de Lille et CNRS)

UCEIV – Unité de Chimie Environnementale et Interactions sur le Vivant (Université du Littoral – Côte d’Opale)

LPCA – Université du Littoral Côte d’Opale (Coordinateur du Projet).

Aide de l’ANR : 118 877 €

Durée du Projet : 30 mois à compter du 1^er janvier 2024