Aérosols atmosphériques : propriétés et impacts climatiques

Auteur(s) :

Boucher, Olivier (1970-....) Découvrir l'auteur

Résumé

Description des principales propriétés physiques et chimiques des aérosols et des principes de modélisation à grande échelle. Aborde la théorie du transfert radiatif dans l'atmosphère, les techniques de télédétection et d'observation in situ des aérosols, puis les liens entre aérosols et rayonnement et leurs différents impacts sur le climat.

Éditeur(s)
- Springer
Date
- 2011
Notes
- Index
Langues
- Français
Description matérielle
- 1 vol. (XII-248 p.) : illustrations en noir et en couleur ; 24 x 17 cm
Collections
- Ingénierie et développement durable
Sujet(s)
ISBN
- 978-2-8178-0054-7
Indice
- 573.4 Pollution atmosphérique
Quatrième de couverture
- Ingénierie et développement durable
  Le développement durable est devenu en quelques années un enjeu majeur au coeur de questions économiques, sociales ou politiques posées à nos sociétés.
  Dans ce contexte, l'expertise scientifique et technique a toujours joué un rôle clé permettant de diagnostiquer des états ou d'anticiper des évolutions - comme le débat autour du changement climatique en témoigne - ou d'avancer dans la recherche et l'expérimentation de solutions.
  Comment estimer les impacts des activités humaines sur l'environnement ? Quelles adaptations économiquement viables sont envisageables pour réduire les impacts négatifs ? L'objet de cette collection est de proposer des ouvrages qui répondent à ces questions.
  L'approche peut être scientifique (lorsque les sujets relèvent encore pour partie de la recherche) ou technique. Les transports, l'habitat, la production d'énergie, la gestion urbaine, la gestion de l'eau ou le management des risques sont les domaines privilégiés de ces ouvrages.
  Aérosols atmosphériques
  Propriétés et impacts climatiques
  L'hypothèse d'une cause anthropique au réchauffement climatique est désormais considérée comme valide par la très grande majorité de la communauté scientifique. Les gaz à effet de serre ne sont toutefois pas les seuls facteurs de modification du climat. Le rôle les aérosols doit aussi être souligné : il est admis que ces derniers ont partiellement masqué le pouvoir réchauffant des gaz à effet de serre depuis le début de l'ère industrielle. Ils interagissent en outre fortement avec le cycle de l'eau et un certain nombre de cycles biogéochimiques.
  C'est l'ensemble de ces interactions - entre aérosols, rayonnement, cycle hydrologique, etc. - que ce livre propose de passer en revue. Après avoir décrit les principales propriétés physiques et chimiques des aérosols, le livre expose les principes de modélisation des aérosols à grande échelle ; il décrit ensuite la théorie du transfert radiatif dans l'atmosphère, les techniques de télédétection et d'observation in situ des aérosols ; puis les liens entre aérosols et rayonnement et leurs différents impacts sur le climat. Dans le dernier chapitre, l'auteur évalue les perspectives d'utilisation des aérosols dans les projets d'ingénierie climatique qui ont vu le jour récemment.
  Écrit avec un grand souci pédagogique, richement illustré, ce livre accompagnera parfaitement les étudiants (du master jusqu'au doctorat), jeunes chercheurs ou ingénieurs, confrontés au défi de la compréhension des phénomènes climatiques.
Tables des matières
- - Aérosols atmosphériques
  - Propriétés et impacts climatiques
  - Olivier Boucher
  - Springer
  - 1 Introduction générale1
  - 1.1 Le système climatique1
  - 1.2 Bilan énergétique et composition de l'atmosphère2
  - 1.3 Le cycle de l'eau3
  - 1.4 Aérosols et changement climatique4
  - 1.5 Plan de cet ouvrage5
  - 2 Les aérosols atmosphériques7
  - 2.1 Définitions7
  - 2.2 Les sources d'aérosols et de précurseurs d'aérosols9
  - 2.2.1 Les sels marins9
  - 2.2.2 Les poussières désertiques9
  - 2.2.3 Les aérosols volcaniques10
  - 2.2.4 Les aérosols biogéniques10
  - 2.2.5 Les aérosols de combustion de la biomasse10
  - 2.2.6 Les aérosols de combustion des fuels fossiles11
  - 2.3 Distribution spatiale et temporelle des aérosols12
  - 2.4 Interactions aérosol-nuage-rayonnement13
  - 2.5 Effets climatiques des aérosols15
  - 3 Propriétés physiques, chimiques et optiques des aérosols17
  - 3.1 Mode fin, mode d'accumulation, mode grossier17
  - 3.2 Distribution en taille18
  - 3.3 Composition chimique20
  - 3.3.1 Notion de mélange d'aérosols21
  - 3.3.2 Aérosols inorganiques22
  - 3.3.3 Aérosols de carbone suie22
  - 3.3.4 Aérosols organiques22
  - 3.4 Indice de réfraction23
  - 3.5 Déliquescence, efflorescence, phénomène d'hystérésis24
  - 3.6 Définition des paramètres optiques26
  - 3.6.1 Sections efficaces d'absorption et de diffusion26
  - 3.6.2 Épaisseur optique et coefficient d'(...)ngström27
  - 3.6.3 Fonction de phase28
  - 3.6.4 Fraction de diffusion vers le haut29
  - 3.7 Calcul des propriétés optiques des aérosols30
  - 3.8 Un mot sur les particules non sphériques33
  - 3.9 Aérosols et visibilité atmosphérique33
  - 4 Modélisation des aérosols37
  - 4.1 Introduction37
  - 4.2 Émissions38
  - 4.2.1 Généralités38
  - 4.2.2 Combustibles fossiles, biocarburants et autres sources anthropiques38
  - 4.2.3 Feux de végétation39
  - 4.2.4 Sels marins40
  - 4.2.5 Poussières désertiques41
  - 4.2.6 Diméthylsulfure43
  - 4.2.7 Composés organiques volatils biogéniques45
  - 4.2.8 Resuspension45
  - 4.3 Processus atmosphériques46
  - 4.3.1 Nucléation46
  - 4.3.2 Condensation de composés semi-volatils47
  - 4.3.3 Coagulation48
  - 4.3.4 Production d'aérosols dans les nuages49
  - 4.3.5 Dépôt humide ou lessivage50
  - 4.3.6 Dépôt sec52
  - 4.3.7 Sédimentation52
  - 4.3.8 Transport des aérosols54
  - 4.4 Approches de modélisation54
  - 4.4.1 Approche massique54
  - 4.4.2 Approche sectionnelle55
  - 4.4.3 Approche modale57
  - 4.5 Exemple : le cycle du soufre57
  - 5 Interactions matière-rayonnement et transfert radiatif61
  - 5.1 Le rayonnement électromagnétique61
  - 5.1.1 Généralités61
  - 5.1.2 Définitions63
  - 5.2 Interactions rayonnement-matière65
  - 5.2.1 Matière, énergie et spectre de raies65
  - 5.2.2 Intensité des raies spectrales70
  - 5.2.3 Forme des raies spectrales71
  - 5.2.4 Processus d'interaction rayonement-matière72
  - 5.3 Modélisation des processus d'interaction74
  - 5.3.1 Coefficient d'absorption moléculaire74
  - 5.3.2 Fonction de phase de diffusion75
  - 5.3.3 Diffusion moléculaire76
  - 5.3.4 Absorption et diffusion par les aérosols77
  - 5.3.5 Fonction d'émission80
  - 5.4 Transfert radiatif dans l'atmosphère82
  - 5.4.1 Équation du transfert radiatif82
  - 5.4.2 Extinction seule84
  - 5.4.3 Milieu diffusant85
  - 5.4.4 Atmosphère plan parallèle85
  - 5.4.5 Résolution de l'équation de transfert86
  - 5.5 Bandes d'absorption, aspects énergétiques, flux actiniques89
  - 5.5.1 Principales bandes d'absorption des molécules atmosphériques89
  - 5.5.2 Flux radiatif91
  - 5.5.3 Méthodes à deux flux92
  - 5.5.4 Loi de Stefan-Boltzmann93
  - 5.5.5 Bilan radiatif93
  - 5.5.6 Flux actiniques95
  - 5.5.7 Polarisation du rayonnement97
  - 6 Mesure des aérosols par télédétection et techniques in situ101
  - 6.1 Introduction à la télédétection des aérosols101
  - 6.2 Télédétection passive : mesure de l'extinction105
  - 6.2.1 Principes généraux105
  - 6.2.2 Photométrie depuis le sol105
  - 6.2.3 Mesures d'occultation depuis l'espace107
  - 6.2.4 Mesure de la distribution en taille108
  - 6.3 Télédétection passive : mesure de la diffusion108
  - 6.3.1 Principes généraux108
  - 6.3.2 Mesure du rayonnement diffus depuis le sol109
  - 6.3.3 Mesure du rayonnement diffus depuis l'espace110
  - 6.4 Mesure du rayonnement infrarouge113
  - 6.4.1 Principes généraux113
  - 6.4.2 Mesure du rayonnement infrarouge au nadir114
  - 6.4.3 Mesure du rayonnement infrarouge au limbe116
  - 6.5 Méthodes actives : lidar116
  - 6.5.1 Principes généraux116
  - 6.5.2 Équation du signal lidar116
  - 6.5.3 Le lidar Raman118
  - 6.6 Mesures in situ des aérosols118
  - 6.6.1 Mesures de la concentration en aérosols119
  - 6.6.2 Mesures de la composition chimique en aérosols120
  - 6.6.3 Mesures de la diffusion par les aérosols120
  - 6.6.4 Mesures de l'absorption par les aérosols121
  - 6.7 Conclusions121
  - 7 Effets radiatifs des aérosols125
  - 7.1 Introduction125
  - 7.2 Effet direct des aérosols127
  - 7.2.1 Formule simplifiée pour les aérosols diffusants127
  - 7.2.2 Formule simplifiée pour les aérosols absorbants129
  - 7.2.3 Calcul de transfert radiatif131
  - 7.2.4 Estimations globales et sources d'incertitudes132
  - 7.3 Effet semi-direct des aérosols134
  - 7.4 Impact radiatif des aérosols sur la neige et la glace137
  - 8 Effets indirects des aérosols141
  - 8.1 Introduction141
  - 8.2 Premier effet indirect sur les nuages d'eau liquide143
  - 8.2.1 Pression de vapeur saturante de l'eau143
  - 8.2.2 Effet Kelvin144
  - 8.2.3 Loi de Raoult144
  - 8.2.4 Théorie de Köhler145
  - 8.2.5 Extensions de la théorie de Köhler146
  - 8.2.6 Noyaux de condensation et sursaturation dans le nuage148
  - 8.2.7 Effets radiatifs et dynamiques dans les nuages149
  - 8.2.8 Principe du premier effet indirect150
  - 8.2.9 Observations et quantification du premier effet indirect151
  - 8.3 Second effet indirect sur les nuages d'eau liquide154
  - 8.3.1 Principe du second effet indirect154
  - 8.3.2 Paramétrisation du taux d'autoconversion154
  - 8.3.3 Estimations du second effet indirect155
  - 8.4 Aérosols et nuages de glace156
  - 8.4.1 Microphysique de la phase glace156
  - 8.4.2 Impact des aérosols anthropiques sur la phase glace157
  - 8.5 Aérosols et nuages dus à l'aviation158
  - 8.5.1 Émissions par les avions158
  - 8.5.2 Formation des traînées de condensation158
  - 8.5.3 Estimation de l'impact climatique des traînées160
  - 9 Réponse du climat aux forçages par les aérosols163
  - 9.1 Forçage radiatif, rétroactions et réponse climatiques163
  - 9.1.1 Forçage radiatif163
  - 9.1.2 Rétroactions climatiques164
  - 9.1.3 Réponse du climat au forçage par le CO₂ et efficacité climatique166
  - 9.1.4 Rétroactions rapides et rétroactions lentes166
  - 9.2 Réponse du climat aux forçages par les aérosols168
  - 9.2.1 Réponse à l'équilibre168
  - 9.2.2 Emissions passées170
  - 9.2.3 Détection et attribution de l'impact des aérosols170
  - 9.2.4 Scénarios d'émissions futures171
  - 9.3 Hiver nucléaire172
  - 10 Effets biogéochimiques et rétroactions climatiques175
  - 10.1 Introduction175
  - 10.2 Impact des aérosols sur les écosystèmes terrestres176
  - 10.2.1 Rayonnement diffus et productivité primaire176
  - 10.2.2 Aérosols comme source de nutriments177
  - 10.2.3 Acidification des précipitations177
  - 10.3 Impact des aérosols sur les écosystèmes marins178
  - 10.4 Lien entre aérosols et chimie atmosphérique179
  - 10.4.1 Lien entre aérosols et chimie troposphérique179
  - 10.4.2 Impact des aérosols stratosphériques sur la couche d'ozone et le rayonnement ultraviolet181
  - 10.5 Rétroactions climatiques impliquant les aérosols marins181
  - 10.5.1 Aérosols issus du DMS181
  - 10.5.2 Aérosols de sels marins183
  - 10.5.3 Autres aérosols primaires et secondaires d'origine océanique184
  - 10.6 Rétroactions climatiques impliquant les aérosols continentaux184
  - 10.6.1 Aérosols organiques secondaires185
  - 10.6.2 Aérosols primaires d'origine biogénique186
  - 10.6.3 Aérosols des feux de végétation187
  - 10.6.4 Poussières désertiques188
  - 10.7 Rétroactions impliquant les aérosols stratosphériques190
  - 11 Aérosols stratosphériques191
  - 11.1 Introduction191
  - 11.2 Cycle des aérosols stratosphériques191
  - 11.2.1 Sources d'aérosols stratosphériques191
  - 11.2.2 Transport dans la stratosphère193
  - 11.3 Physico-chimie des aérosols194
  - 11.4 Historique des aérosols volcaniques196
  - 11.4.1 Aérosols volcaniques sur la période 1750-2010196
  - 11.4.2 Quelques éruptions climatiques récentes196
  - 11.4.3 Méga-éruption198
  - 11.5 Rôle des aérosols stratosphériques sur le climat198
  - 12 Ingénierie climatique planétaire201
  - 12.1 Introduction201
  - 12.2 Injection d'aérosols stratosphériques203
  - 12.3 Ensemencement des nuages bas au-dessus des océans204
  - 12.4 Rôle des rétroactions rapides et lentes205
  - 12.5 Réflexion sur les échelles de temps205
  - Bibliographie209
  - Annexes233
  - A Unités et constantes physiques235
  - B Propriétés de la distribution log-normale237
  - C Théorie de Mie239
  - C.1 Calcul du facteur d'extinction et du paramètre d'asymétrie239
  - C.2 Calcul de la fonction de phase241
  - C.3 Extension de la théorie de Mie et autres théories242
  - D Impact radiatif des aérosols sur la neige et la glace243
  - Index245
Origine de la notice:
- Electre