Missions

Le projet « CLImate relevant processing of Mineral Dust by volatile Organic compounds » (CLIMDO) financé par l'ANR a pour objectif ambitieux de produire de nouvelles connaissances sur deux forceurs importants du climat mondial: les poussières minérales et les AOS.
Ce projet de recherche porte sur l'évolution des propriétés optiques et hygroscopiques du système poussière/MGL en fonction du vieillissement (photo)chimique. L'instrumentation de CESAM fournira les propriétés optiques spectrales de diffusion et d'extinction (néphélomètre, cavités optiques cellules de White in situ pour la spectrométrie UV-VIS-IR à haute résolution) et le facteur de croissance de l'humidité des particules (HTDMA). Elle sera réalisée en même temps que la caractérisation de la composition chimique de la fraction organique des aérosols au cours du vieillissement par des techniques online and offline, y compris un ACSM-ToF. L'analyse de ces flux de données visera à relier les changements des propriétés optiques, hygroscopiques et physico-chimiques. Ces données seront interprétées et mises en forme pour implémenter le modèle de climat LMDz-INCA en collaboration avec le LSCE.
Selon l'avancement, l'évolution observée des propriétés optiques spectrales des poussières minérales due au vieillissement sera modélisée pour dériver des produits avancés tels que l'indice de réfraction complexe, la propriété fondamentale reliant la composition aux propriétés optiques.

Activités

Activités
Le candidat (H/F) retenu dirigera les expériences dans la chambre de simulation du CESAM.
Ce rôle impliquera de :
• Concevoir et réaliser les expériences de simulation de vieillissement
• Préparer et faire fonctionner l'ensemble des instruments, en particulier l'instrumentation optique et l'HTDMA
• Effectuer l'analyse et l'interprétation des données expérimentales
• Effectuer des calculs optiques
• Présenter les résultats lors d'une réunion internationale
• Publier les résultats dans des revues à comité de lecture à fort impact (une publication au moins)

Compétences

Compétences attendues
Le candidats (H/F) doit être titulaire d'un doctorat en physique ou en chimie de l'atmosphère, ou dans un domaine connexe, avec une solide expérience dans les travaux expérimentaux (aérosol, optique et/ou spectroscopie). Les candidats devront démontrer :
• Capacité à conduire et à réaliser de nouveaux travaux expérimentaux de renommée internationale
• Bonne connaissance des codes optiques (théorie de Mie, core-shell….)
• La capacité de travailler en autonomie mais en synergie au sein d'une équipe
• Capacité d'interpréter et de combiner les résultats expérimentaux d'instruments multiples et divers
• Solides compétences en informatique, y compris la connaissance d'au moins un des langages de haut niveau suivants pour l'analyse de grands ensembles de données : R, Python, Igor, IDL, Matlab….
• Bonnes compétences en anglais.
Expérience professionnelle souhaitée de moins de 2 ans.

Le candidat (H/F) retenu pour ce poste sera personnel contractuel du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), parmi les premiers organismes de recherche mondiaux pour ses excellents résultats en matière de recherche et d'innovation. Le premier contrat de travail proposé de 12 mois pourra faire l'objet d'un renouvellement.

Contexte de travail

Le Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA) est un institut français de référence internationale en chimie et physique de l'atmosphère pour le climat, la pollution de l'air et la santé humaine.
Unité mixte de recherche du CNRS, de l'Université Paris-Est Créteil et de l'Université de Paris, le LISA est basé à Créteil, en périphérie parisienne, à moins de 30 minutes en transports en commun (métro et RER) du centre-ville de Paris.
Le candidat (H/F) retenu bénéficiera de l'environnement de travail international du groupe MEREIA au LISA (environ 15 membres du personnel, post-doctorants et étudiants diplômés de différentes nationalités), et bénéficiera d'une formation approfondie interdisciplinaire, innovante et dynamique, ouvrant de fortes possibilités de développement personnel. Le candidat (H/F) bénéficiera également de la formation dispensée par l'équipe technique des ingénieurs en charge de la plateforme CESAM.

Informations complémentaires

Les aérosols contribuent à la plus grande incertitude des estimations du bilan global du forçage radiatif. Cela découle de nos connaissances encore limitées sur la distribution, les propriétés et les impacts des aérosols dans le monde à mesure qu'ils vieillissent dans l'atmosphère. Cela est vrai en particulier pour les aérosols naturels, qui représentent un facteur limitant sévère pour évaluer l'état initial du climat, et pour quantifier et attribuer les forçages climatiques totaux, réduisant finalement notre capacité à prévoir les évolutions dans le temps et à développer des stratégies d'adaptation pour l'avenir.
La poussière minérale aérosolisée provenant de l'érosion éolienne des surfaces sèches est une composante naturelle majeure du système terrestre, représentant près de la moitié des émissions annuelles de particules dans l'atmosphère et une fraction dominante à importante de la profondeur optique des aérosols à la fois dans les régions source et de transport. La poussière minérale influence le climat mondial de multiples façons, notamment en interagissant directement avec le rayonnement (diffusion et absorption) et indirectement en servant de noyaux de condensation des nuages (CCN).
De plus, les aérosols de poussières minérales sont capables d'absorber et de réagir de manière hétérogène avec les gaz atmosphériques, notamment les composés organiques volatils (COV). Les réactions hétérogènes modifient non seulement l'effet direct et indirect des poussières minérales sur le bilan radiatif de la Terre, mais peuvent également déclencher de nouvelles voies d'oxydation. En conséquence, les poussières minérales pourraient jouer un rôle important mais encore non quantifié dans la formation d'aérosols organiques secondaires (AOS) dans l'atmosphère. Les SOA formés à partir des produits d'oxydation atmosphérique des COV et du transfert gaz-particules sont important pour un certain nombre de processus atmosphériques, le climat et la santé humaine. Toutefois, l'impact climatique total des AOS reste illimité et difficile à comprendre, car nous manquons de connaissances fondamentales sur les processus impliqués.
La combinaison des voies complexes de réaction et des mécanismes inhérents au système poussière/organique entrave notre compréhension du rôle de la poussière et des SOA sur le climat terrestre et la composition atmosphérique, et leur rôle dans la modulation du climat mondial et régional, avec des conséquences sur la vie dans cette zone densément peuplée.
CLIMDO propose la première étude approfondie en laboratoire/modélisation sur l'interaction hétérogène des poussières minérales avec l'un des précurseurs organiques SOA les plus courants : le méthylglyoxal (MGL). Les MGL ont des sources anthropiques et biogéniques, mais résultent principalement de l'oxydation OH de l'isoprène. Ils sont omniprésents dans l'atmosphère mais particulièrement concentrés dans les zones densément peuplées telles que le bassin euro-méditerranéen et l'Afrique subsaharienne, principales sources et zones de transport des poussières.
L'hypothèse de travail de CLIMDO est que la capacité du MGL à subir une oligomérisation, une hydratation et une formation d'hémi-/acétal peut modifier radicalement les propriétés physiques (taille, forme, viscosité) et chimiques (hygroscopicité, état d'oxydation) des particules sur lesquelles ils s'adsorbent. L'adsorption de MGL et les réactions ultérieures modifieront les interactions de la poussière minérale avec le rayonnement et l'eau, et affecteront à la fois le bilan SOA global/régional et les effets radiatifs de la poussière.
La recherche proposée sera basée sur des expériences réalistes de vieillissement des interactions entre la poussière et le MGL à des échelles de temps atmosphériques. Les expériences seront menées dans la chambre de simulation multiphase CESAM du LISA (www.cesam.cnrs.fr ; Wang et al., 2011), une installation de classe mondiale équipée d'un générateur de poussière unique utilisant des sols naturels et reproduisant la génération processus pour obtenir une poussière en aérosol avec une minéralogie et une distribution de taille réalistes (Di Biagio et al., 2014).
Des expériences de simulation seront menées sur la poussière d'aérosol générée à des concentrations allant du bruit de fond aux conditions de tempête, et sur différentes classes de taille à l'aide d'un classificateur d'aérosols aérodynamiques (AAC). Le MGL sera ensuite introduit à des concentrations typiques des zones anthropiques pour étudier les systèmes combinés poussière/organique à diverses conditions d'humidité relative, et avec et sans irradiation. Des mesures en ligne et des prélèvements hors ligne seront effectués pour caractériser les propriétés physico-chimiques, optiques et hygroscopiques des particules. Les données expérimentales acquises seront combinées à la modélisation numérique pour déterminer les propriétés optiques essentielles de l'ensemble du spectre UV-Vis-IR.
References:
Di Biagio, C., Formenti P., Styler S. A., Pangui E., and Doussin, J.-F.: Laboratory chamber measurements of the longwave extinction spectra and complex refractive indices of African and Asian mineral dusts, Geophys. Res. Lett., 41, 6289–6297, https://doi.org/10.1002/2014GL060213, 2014
IPCC, 2021: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 2391 pp. doi:10.1017/9781009157896.
Wang, J., et al., Design of a new multi-phase experimental simulation chamber for atmospheric photosmog, aerosol and cloud chemistry research, Atmos. Meas. Tech., 4, 2465-2494, https://doi.org/10.5194/amt-4-2465-2011, 2011.