Physico-chimie des interfaces sol-air et plante-air pour l étude des échanges de polluants et gaz à effet de serre. Benjamin LOUBET & Carole BEDOS

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Violette Beauregard
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2 Physico-chimie des interfaces sol-air et plante-air pour l étude des échanges de polluants et gaz à effet de serre Enjeux Questions scientifiques 2

ENJEUX Les échanges de polluants et gaz à effet de serre entre la biosphère et l atmosphère : maillon clé dans la modélisation prédictive du climat, de la qualité de l air et du fonctionnement de la

3 ENJEUX Les échanges de polluants et gaz à effet de serre entre la biosphère et l atmosphère : maillon clé dans la modélisation prédictive du climat, de la qualité de l air et du fonctionnement de la biosphère Emissions de gaz à effet de serre & polluants par l agriculture (N2O, NH3, COV, pesticides) Dépôts de polluants & aérosols sur la biosphère Source d incertitudes dans la modélisation du climat, de la qualité de l air et des autres compartiments VOC pesticides Pesticides pesticides pesticides Processus ayant un impact fort sur le fonctionnement de la biosphère Exemple adapté de Sutton et al

ENJEUX Echanges de polluants et gaz à effet de serre entre la biosphère et l atmosphère : maillon clé dans la modélisation prédictive du climat et la qualité de l air et du fonctionnement

4 ENJEUX Echanges de polluants et gaz à effet de serre entre la biosphère et l atmosphère : maillon clé dans la modélisation prédictive du climat et la qualité de l air et du fonctionnement de la biosphère Des composés réactifs clefs pour la chimie atmosphérique et le fonctionnement de la biosphère Intensité du flux Agriculture Impact atmosphère Impact biosphère pesticides 4

5 ENJEUX Echanges de polluants et gaz à effet de serre entre la biosphère et l atmosphère : maillon clé dans la modélisation prédictive du climat et la qualité de l air et du fonctionnement de la biosphère Fléchard et al. (1999) 5

6 QUESTIONS SCIENTIFIQUES Verrous = déterminisme physico-chimique des équilibres aux interfaces sol-air et plante-air. Dépôts / échanges Verrous Modèles Volt air Surfatm Sol virtuel CERES-EGC Emissions / échanges Surface feuille quelques mm Zone de surface «sèche» & mulch 6

7 QUESTIONS SCIENTIFIQUES Exemple du dépôt d ozone (sol): f(rhsurf) Stella et al., 2011 Verrou: dynamique de l hydratation de la surface du sol 7

QUESTIONS SCIENTIFIQUES Exemple des pesticides (sol): vers une meilleure description du cycle diurne de volatilisation? (Garcia et al., 2014, collab. K.

8 QUESTIONS SCIENTIFIQUES Exemple des pesticides (sol): vers une meilleure description du cycle diurne de volatilisation? (Garcia et al., 2014, collab. K. Goss) Couche de surface sèche : processus d adsorption additionnel (gaz) fonction de l humidité relative de l air du sol Verrou: dynamique de l hydratation de la surface du sol Effet d un mulch 8

Surface cuticulaire Cires cuticulai res Région réticulée Schéma simplifié des

9 QUESTIONS SCIENTIFIQUES Exemple des pesticides (plante): Hypothèses quant à la distribution du fongicide sur et dans la feuille Membrane cuticulair e Tissu foliaire Surface cuticulaire Cires cuticulai res Région réticulée Schéma simplifié des compartiments foliaire Verrou: formulation Adsorbée Cuticule Pénétrée (d après Lichiheb et al., soumis) 9

QUESTIONS SCIENTIFIQUES Exemple dispersion de spores fongiques/ lessivage : Mouillage de surface végétale Caractérisation des surfaces végétales en relation avec

10 QUESTIONS SCIENTIFIQUES Exemple dispersion de spores fongiques/ lessivage : Mouillage de surface végétale Caractérisation des surfaces végétales en relation avec le mouillage (collaboration ESPCI) Quantification de la durée d humectation (Projet Inovant) Mesures Tfeuille, Trosée, dépôt de rosée (laser) (d après Saint-Jean)

QUESTIONS SCIENTIFIQUES Exemple des effet des aérosols

de Colza Burkhardt, 2010 atmosphère Stomate vue en coupe

Saint-Jean Apoplasme Mécanisme de transpiration induit

11 QUESTIONS SCIENTIFIQUES Exemple des effet des aérosols sur la transpiration des plantes Aérosols sur une feuille de Colza Burkhardt, 2010 atmosphère Stomate vue en coupe +20% transpiration Burkhardt S. Saint-Jean Apoplasme Mécanisme de transpiration induit par la présence d aérosols déliquescents Verrou: dynamique des aérosols déliquescents 11

12 QUESTIONS SCIENTIFIQUES «Rôle spécifique des interfaces sol-eau-air et planteeau-air dans les échanges biosphère atmosphère de polluants et gaz à effet de serre?» Réactivité de ces interfaces (quantification)? Typologie de réactivité? f (nature et structure / texture) f (microclimat / rayonnement / Température ) Rôle de l eau liquide / moléculaire dans la réactivité? Effets d interactions et rétroactions? La présence de polluants modifie la réactivité Interaction avec l eau (dans les deux sens) Réactivité = f(état biologique)? Microbes, résidus (sol), Etat des feuilles, pathogènes. Court terme Long terme 12

13 DEMARCHE à la fois en modélisation et expérimentales Modélisation physique et chimique des équilibres entre phases Adsorption / désorption Interactions moléculaire / états énergétiques 1 er pas: Surface-type, homogène (cires, minéraux, organiques ) Expérimentation à l échelle du millimètre de sol / de la feuille Mesures physiques Analyse chimique Caractérisation des réactivités et des états de surface Stratégie du maintien d une base mécaniste pour les approches de modélisation Approche générique mutualisable pour des objets partagés pesticides, azote, ozone, eau (spores de pathogènes) Techniques : chambres contrôlées, analyses chimiques 1 er pas: surfaces modèles? Effet du microclimat 13

14 CARACTÈRE NOVATEUR «Puiser dans les concepts de physico-chimie des aérosols et des surfaces pour les adapter à l étude des échanges biosphère-atmosphère» Approche générique des interfaces sol-air et plante-air Rapprochement de communautés de recherche Aérosols Science du sol Bioclimatologie Combinaison de méthodes, de disciplines et d échelles Surfaces spécifiques, chambres dynamiques Suivi de la dynamique des phases 14

15 COLLABORATIONS National BASC (Projet 1 et 5) Développer collaborations pérennes avec la communauté nationale de chimie des surfaces (LEFE) Lien fort INRA-EA (Rennes, Orléans, Bordeaux) LSCE / LMD : modèles régionaux globaux International Priorités de recherches identifiées par les experts du domaine (workshop international COST-ECLAIRE de 2012). Intégré à EMEP: Eclaire Surface Exchange U. Bonn, CEH, Univ. FZ 15

16 MERCI DE VOTRE ATTENTION 16

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