COORDINATEURS THEMATIQUES  :  Hervé DELBARRE      –   Karine DEBOUDT  

ACTIVITES DE RECHERCHE

La thématique ACTES (ACcompagnement des Transitions EnvironnementaleS) aborde les défis scientifiques liés à un environnement en évolution rapide sous la pression anthropique. Les recherches portent sur la dynamique atmosphérique et son rôle sur la pollution de l’air, l’évolution physico-chimique des aérosols au cours de leur vieillissement et la mise au point de procédés innovants à faible empreinte environnementale qui visent à réduire les émissions atmosphériques de polluants. Pour aborder ces problématiques environnementales, de manière pluridisciplinaire, sur le terrain à l’occasion de campagnes de mesures nationales et internationales ou en laboratoire, la thématique ACTES repose sur le déploiement d’outils de pointe de télédétection du vent et des aérosols (lidars) et d’analyse physico-chimique (microscopie électronique, spéciation chimique des particules fines etc.), sur la synthèse et caractérisation de matériaux, et sur le développement de méthodes numériques au meilleur de l’état de l’art (modélisation atmosphérique, méthodes d’apprentissage…).

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 NOx, 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-NOx’ 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-NOx’ 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).

PARTICIPANTS

AUGUSTIN PatrickIRInstrumentation / Métrologie
BOKOVA MariaMCFCapteurs / Modélisation
CHEN WeidongPRInstrumentation / Métrologie
COEUR CécileMCF (HDR)Réactivité / Métrologie
CUISSET ArnaudPRSpectroscopie / Modélisation
DEBOUDT KarineMCF (HDR)***
DELBARRE HervéPR***
DHONT GuillaumeMCFSpectroscopie / Modélisation
DIEUDONNE ElsaMCF***
FLAMENT PascalPR***
FERTEIN EricIRInstrumentation / Métrologie
FOURMENTIN MarcIRInstrumentation / Métrologie
HOUZEL NicolasIE (CDD)Réactivité / Métrologie
KASSEM MohammadMCF***
NGUYEN-BA TongMCFInstrumentation / Métrologie
SOKOLOV AntonMCFModélisation numérique / Apprentissage automatique

THESES EN COURS

PUBLICATIONS

 
Augustin, P., Billet, S., Crumeyrolle, S., Deboudt, K., Dieudonné, E., Flament, P., Fourmentin, M., Guilbaud, S., Hanoune, B., Landkocz, Y., Méausoone, C., Roy, S., Schmitt, F.G., Sentchev, A., Sokolov, A., 2020. Impact of Sea Breeze Dynamics on Atmospheric Pollutants and Their Toxicity in Industrial and Urban Coastal Environments. Remote Sensing 12, 648. https://doi.org/10.3390/rs12040648
 

 

Crumeyrolle, S., Augustin, P., Rivellini, L.-H., Choël, M., Riffault, V., Deboudt, K., Fourmentin, M., Dieudonné, E., Delbarre, H., Derimian, Y., Chiapello, I., 2019. Aerosol variability induced by atmospheric dynamics in a coastal area of Senegal, North-Western Africa. Atmospheric Environment 203, 228–241. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2019.01.041

 

Klein, A., Ravetta, F., Thomas, J.L., Ancellet, G., Augustin, P., Wilson, R., Dieudonné, E., Fourmentin, M., Delbarre, H., Pelon, J., 2019. Influence of vertical mixing and nighttime transport on surface ozone variability in the morning in Paris and the surrounding region. Atmospheric Environment 197, 92–102. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2018.10.009

 

Setyan, A., Flament, P., Locoge, N., Deboudt, K., Riffault, V., Alleman, L.Y., Schoemaecker, C., Arndt, J., Augustin, P., Healy, R.M., Wenger, J.C., Cazier, F., Delbarre, H., Dewaele, D., Dewalle, P., Fourmentin, M., Genevray, P., Gengembre, C., Leonardis, T., Marris, H., Mbengue, S., 2019. Investigation on the near-field evolution of industrial plumes from metalworking activities. Science of The Total Environment 668, 443–456. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.02.399

 

 

 
Kassem, M., Alekseev, I., Bokova, M., Le Coq, D., Bychkov, E., 2018. Ionic-to-Electronic Conductivity Crossover in CdTe–AgI–As 2 Te 3 Glasses: An 110m Ag Tracer Diffusion Study. J. Phys. Chem. B 122, 4179–4186. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.8b00739
 
Kassem, Mohammad, Khaoulani, S., Bychkov, E., 2018. Ionic transport in AgI-HgS-As 2 S 3 glasses: Critical percolation and modifier-controlled domains. J Am Ceram Soc 101, 2287–2296. https://doi.org/10.1111/jace.15414
 
Veselovskii, I., Goloub, P., Podvin, T., Tanre, D., da Silva, A., Colarco, P., Castellanos, P., Korenskiy, M., Hu, Q., Whiteman, D.N., Pérez-Ramírez, D., Augustin, P., Fourmentin, M., Kolgotin, A., 2018. Characterization of smoke and dust episode over West Africa: comparison of MERRA-2 modeling with multiwavelength Mie–Raman lidar observations. Atmos. Meas. Tech. 11, 949–969. https://doi.org/10.5194/amt-11-949-2018
 
Xueref-Remy, I., Dieudonné, E., Vuillemin, C., Lopez, M., Lac, C., Schmidt, M., Delmotte, M., Chevallier, F., Ravetta, F., Perrussel, O., Ciais, P., Bréon, F.-M., Broquet, G., Ramonet, M., Spain, T.G., Ampe, C., 2018. Diurnal, synoptic and seasonal variability of atmospheric CO 2 in the Paris megacity area. Atmos. Chem. Phys. 18, 3335–3362. https://doi.org/10.5194/acp-18-3335-2018