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UNE NOUVELLE APPROCHE ANALYTIQUE POUR ESTIMER LES PROPRIÉTÉS HYGROSCOPIQUES DES AÉROSOLS DE SUIE EN TENANT COMPTE DE LEUR DISTRIBUTION EN TAILLE ET DE LEURS MORPHOLOGIES

J. WU, A. FACCINETTO, S. BATUT, S. GRIMONPREZ, D. PETITPREZ, P. DESGROUX

Laboratoire de PC2A, Université de Lille, Villneuve d’Ascq, France

[2019]

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Résumé

Les particules de suie sont considérées comme des aérosols importants dans l'atmosphère en raison de leur rôle dans la formation du nuage en tant que potentiels noyaux de condensation (CCNs). Les suies fraîches sont généralement considérées comme hydrophobes. Néanmoins, les processus de vieillissement dans l'atmosphère peuvent modifier leur morphologie et composition chimique de surface, et les rendre hydrophiles. Les propriétées hygroscopiques des particules de suie sont généralement estimées par la mesure de la fraction activée Fa qui est donnée par le rapport du nombre des goutelettes formées sur le nombre de CCNs. En supposant que les CCNs sont monodispersés et de forme sphérique, la théorie de ?-Köhler est généralement utilisée pour obtenir un « paramètre d'hygroscopicité » ? qui exprime quantitativement les propriétés hygroscopiques de l'aérosol. Dans ce travail, un modèle pour obtenir ? est proposé en prenant en compte la distribution de taille et la morphologie des CCNs. Le modèle est testé avec des CCNs générés à partir de sulfate d'ammonium qui produit des particules quasi-sphériques et qui possèdent des distributions log-normale. Les résultats expérimentaux de l'hygroscopie des particules sèches de sulfate d'ammonium concordent très bien avec la simulation par le modèle. Ensuite, le modèle est utilisé pour obtenir ? des particules de suie vieillies en presence de radicaux OH. Les paramètres pris en compte sont le diamètre de mobilité Dm, la dimension fractale Df, le diamètre des particules primaires Dpp et l'écart type géométrique des volumes équivalents des particules de suie.


Mots clés

suie, cloud condensation nuclei (CCNs), propriétés hygroscopiques, modèle

Abstract

Soot particles are considered as important aerosols in the atmosphere due to their potential role as cloud condensation nuclei (CCNs). Freshly released soot is generally considered as hydrophobic. However, the so-called aging process in the atmosphere can modify the morphology and surface composition of soot particles and turn them into efficient CCNs. The hygroscopic properties of soot are commonly measured from their activated fraction Fa that is the ratio of the number of nucleated droplets on the number of CCNs. For spherical and monodisperse aerosols, the ?-Köhler theory is generally used to obtain the parameter ? which quantifies the hygroscopic properties of aerosol. In this work, a model to obtain ? is proposed by taking into account the size distribution and the morphology of the aerosol particles. The model is first tested on dry ammonium sulfate that is well known to produce quasi-spherical particles. The results of the activation experiments are in good agreement with the predictions of the model. Then, the model is applied to soot particles that are characterized by complex morphology. Soot particles had to be activated by aging with ozone before activation experiments to increase their k into the validity range of the model (i.e. to turn fresh soot into hydrophilic aggregates). The parameters of the determination of ? are soot particle mobility diameter Dm, fractal dimension Df, the primary particle diameter Dpp and the geometric standard deviation of volume equivalent particles of soot.


Keywords

soot, cloud condensation nuclei (CCNs), hygroscopic properties, model

DOI

10.25576/ASFERA-CFA2019-16722

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