Les activités liées à la dynamique atmosphérique en lien avec la pollution de l’air mobilisent notre expertise en télédétection, physico-chimie atmosphérique et modélisation numérique pour étudier les phénomènes météorologiques des plus petites échelles spatio-temporelles (turbulence, brises, jets…) aux échelles continentales (fronts…), et expliquer leur impact sur la pollution de l’air. Nous réalisons pour cela des campagnes de mesures pluridisciplinaires et multi-instrumentées, sur de multiples terrains d’investigation en France et à l’étranger.

Notre force est d’aborder systématiquement les phénomènes complexes de pollution de l’air à la fois sous les angles de la dynamique atmosphérique et des processus physico-chimiques, avec une instrumentation et des méthodes numériques de très haut niveau. A micro-échelle, les efforts se portent sur l’observation, la compréhension et la prédiction des structures dynamiques de petite échelle (turbulence, brise, jets…), afin d’évaluer in fine leur impact sur la physico-chimie atmosphérique, notamment les échanges verticaux dans la couche limite atmosphérique. A méso-échelle, les études engagées concernent la compréhension des pics de pollution des hots-spots planétaires de pollution particulaire, de même que la pollution de fond dans la troposphère.

Notre activité liée à la formation et l’évolution physico-chimique des aérosols lors de leur transport atmosphérique, concerne les processus observés de l’échelle locale ou à l’échelle régionale voire continentale. Nous nous intéressons ainsi autant à la formation et l’évolution des panaches de pollution en zone urbaine ou industrielle, notamment en milieu côtier, qu’à l’évolution des particules d’origine naturelle (désertique, marine, combustion de biomasse) ou anthropique lors du transport sur de grandes distances.

Les propriétés des aérosols atmosphériques et leurs impacts (climatique, sur la santé humaine ou sur les écosystèmes) dépendent non seulement de la taille et de la morphologie des particules, mais aussi et surtout de leur composition chimique (élémentaire et moléculaire) et de la manière dont les espèces chimiques se répartissent au sein des particules (état de mélange). Nos études se focalisent sur l’évolution de tous ces paramètres au cours du transport des particules en présence de vapeur d’eau et/ou de polluants gazeux avec lesquels elles réagissent.

Ces problématiques mobilisent des méthodologies à la pointe de la technologie, tant dans le domaine de l’échantillonnage (dispositifs de prélèvement aéroportés, réseaux de micro-capteurs…), que sur le plan analytique (analyses individuelles de particules par cryo-TSEM-EDX automatisé, mesures isotopiques, instrumentation développée dans la thématique PCMI telle que la spectroscopie photo-acoustique…). Par ailleurs, nous simulons en réacteur atmosphérique la formation et le vieillissement des aérosols en nous focalisant notamment sur l’évolution de leurs propriétés physico-chimiques (composition, spéciation, hygroscopicité…).

Cette partie de la thématique ACTES vise à réduire les émissions atmosphériques de polluants en développant d’une part des solutions innovantes de remédiation des émissions industrielles polluantes, notamment les émissions de NO_x, et en s’attachant d’autre part à répondre aux défis sociétaux actuels dans le domaine des énergies propres en développant des matériaux appelés à être employés, dans le futur, pour le stockage de l’énergie.

Les procédés industriels mettant en jeu la combustion constituent d’importantes sources d’oxydes d’azote et le développement d’une stratégie efficace et économiquement acceptable permettant une diminution drastique de ces émissions est une priorité. En partenariat avec l’industrie sidérurgique, nous avons développé la technique ‘In bed de-NO_x’ s’appuyant sur l’introduction d’additifs dans le procédé industriel. Nos objectifs sont d’obtenir une meilleure connaissance des mécanismes chimiques mis en jeu, et mettre au point de nouveaux additifs plus efficaces tout en préservant la qualité du produit final. Cette procédure ‘In bed de-NO_x’ pourra être mise en œuvre dans d’autres secteurs industriels comme le transport ou les unités d’incinération.

Au niveau du stockage d’énergie, une des voies les plus prometteuses réside dans le développement de batteries « tout-solide » dont les électrolytes, conducteurs ioniques solides, constituent l’élément clé. Notre intérêt thématique réside dans le développement de nouveaux matériaux inorganiques pouvant jouer ce rôle. Nous déterminons alors les corrélations entre la synthèse, la composition, la structure et les propriétés de transport (ionique et / ou électronique) de ces matériaux. Pour cela, nous nous appuyons sur une expertise reconnue internationalement dans le domaine de la conduction ionique dans les verres, la caractérisation structurale sur les « Grands Instruments » (sources synchrotron {Diamond, APS, SPring 8} et neutrons {ISIS, SNS}) et sur des techniques de modélisation optimisées (Empirical Potential Structure Refinement, Reverse Monte Carlo, Density-Functional Theory, AB-initio Molecular Dynamics, etc.) en utilisant les moyens de calcul locaux (Calculco) et nationaux (IDRIS).