Propriétés physico-chimiques, optiques et identification des sources des aérosols en Afrique de l'Ouest PDF Download
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Author: Laura-Hélèna Rivellini
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Ce travail de thèse a consisté à étudier la nature chimique, les origines, ainsi que les propriétés des aérosols en Afrique de l'Ouest. Nous avons en particulier recherché les liens entre la composition chimique des particules fines en surface et les propriétés optiques des aérosols. Notre étude s'est appuyée sur les mesures effectuées au cours de la campagne de terrain SHADOW sur le site de M'Bour (Sénégal) durant deux périodes d'observations intensives : mars à juin 2015 (POI-1) et novembre 2015 à janvier 2016 (POI-2). Un dispositif instrumental permettant une caractérisation chimique en ligne et à haute résolution temporelle des aérosols submicroniques (TEOM-FDMS, ACSM, aéthalomètre) a été mis en place, en parallèle d'instruments de mesure des propriétés optiques des aérosols en surface (aéthalomètre, néphélomètre) et sur la colonne atmosphérique par télédétection (photomètre, Lidar). Les données météorologiques couplées à différents outils statistiques ont permis de classer les espèces ayant une contribution locale et/ou régionale, et d'identifier les zones sources à l'origine des fortes concentrations. La modélisation sources-récepteur (PMF) a permis une analyse approfondie de la fraction organique des PM1, mettant en évidence une photochimie très active et l'influence d'activités anthropiques spécifiques (incinération de déchets, fumage de poisson). Nous avons pu caractériser, selon la saison, les types d'aérosols contribuant majoritairement à l'extinction des particules fines mesurée en surface à M'Bour, ainsi que mettre en évidence les liens/différences entre mesures de télédétection et propriétés chimiques/optiques des particules fines au cours des deux POI.
Author: Laura-Hélèna Rivellini
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Ce travail de thèse a consisté à étudier la nature chimique, les origines, ainsi que les propriétés des aérosols en Afrique de l'Ouest. Nous avons en particulier recherché les liens entre la composition chimique des particules fines en surface et les propriétés optiques des aérosols. Notre étude s'est appuyée sur les mesures effectuées au cours de la campagne de terrain SHADOW sur le site de M'Bour (Sénégal) durant deux périodes d'observations intensives : mars à juin 2015 (POI-1) et novembre 2015 à janvier 2016 (POI-2). Un dispositif instrumental permettant une caractérisation chimique en ligne et à haute résolution temporelle des aérosols submicroniques (TEOM-FDMS, ACSM, aéthalomètre) a été mis en place, en parallèle d'instruments de mesure des propriétés optiques des aérosols en surface (aéthalomètre, néphélomètre) et sur la colonne atmosphérique par télédétection (photomètre, Lidar). Les données météorologiques couplées à différents outils statistiques ont permis de classer les espèces ayant une contribution locale et/ou régionale, et d'identifier les zones sources à l'origine des fortes concentrations. La modélisation sources-récepteur (PMF) a permis une analyse approfondie de la fraction organique des PM1, mettant en évidence une photochimie très active et l'influence d'activités anthropiques spécifiques (incinération de déchets, fumage de poisson). Nous avons pu caractériser, selon la saison, les types d'aérosols contribuant majoritairement à l'extinction des particules fines mesurée en surface à M'Bour, ainsi que mettre en évidence les liens/différences entre mesures de télédétection et propriétés chimiques/optiques des particules fines au cours des deux POI.
Author: ISABELLE.. CHIAPELLO
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Languages : fr
Pages : 251
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L'OBJET DE CE TRAVAIL EST DE DOCUMENTER LES PARAMETRES PHYSICO-CHIMIQUES QUI CONTROLENT LES PROPRIETES OPTIQUES DES AEROSOLS ATMOSPHERIQUES DANS LA REGION DE L'ATLANTIQUE NORD TROPICAL ORIENTAL. IL S'AGIT, DE FACON PLUS GENERALE, D'AMELIORER LA PARAMETRISATION DE L'EFFET RADIATIF DES AEROSOLS DANS LES SIMULATIONS CLIMATIQUES, ET DE FOURNIR UNE BASE DE DONNEES REGIONALE DE VALIDATION POUR LES MODELES GLOBAUX D'AEROSOL. POUR CE FAIRE UNE STATION DE MESURES A ETE MISE EN PLACE AUX ILES DU CAP VERT, INCLUANT UN SUIVI JOURNALIER DES CONCENTRATIONS D'AEROSOL SUR UNE PERIODE DE PLUSIEURS ANNEES, DES MESURES DE L'EPAISSEUR OPTIQUE EN AEROSOL (QUI TRADUIT SON EFFET RADIATIF DIRECT), ET DES MESURES DES PROPRIETES GRANULOMETRIQUES DES AEROSOLS. L'ANALYSE CHIMIQUE DES ECHANTILLONS A PERMIS DE DETERMINER LES CONCENTRATIONS ELEMENTAIRES ET DE QUANTIFIER LES DIFFERENTES ESPECES D'AEROSOL PRESENTES. LA REGION DE L'ATLANTIQUE NORD TROPICAL EST CARACTERISEE PAR DES CONCENTRATIONS EN POUSSIERES MINERALES D'ORIGINE SAHARIENNE PARMI LES PLUS ELEVEES MESUREES EN REGION OCEANIQUE, AUSSI CES PARTICULES D'ORIGINE CRUSTALE ONT-ELLES FAIT L'OBJET D'UNE ATTENTION PARTICULIERE. LA VARIABILITE SAISONNIERE DES CONCENTRATIONS DE POUSSIERES MINERALES ET L'ANALYSE DES SITUATIONS METEOROLOGIQUES REGNANT SUR L'ATLANTIQUE NORD TROPICAL, ONT PERMIS DE COMPRENDRE LES MECANISMES DE TRANSPORT DE L'AEROSOL SAHARIEN. L'EXISTENCE D'UN TRANSPORT ADDITIONNEL EN HIVER DANS LES BASSES COUCHES DE L'ATMOSPHERE A ETE MISE EN EVIDENCE. UNE APPROCHE METEOROLOGIQUE ET GEOCHIMIQUE DES REGIONS-SOURCE DE POUSSIERES A PERMIS DE DISTINGUER TROIS GRANDES REGIONS PRODUCTRICES (NORD SAHARIENNE, SUD SAHARIENNE ET SAHELIENNE). L'ETUDE COMBINEE DES TRAJECTOGRAPHIES DE MASSE D'AIR ET DES FLUX DE PRODUCTION SIMULES SUR LE SAHARA A PERMIS DE PRECISER LA LOCALISATION DES ZONES DE SOULEVEMENT AU SEIN DE CES GRANDES REGIONS. LA VARIABILITE DES CONCENTRATIONS DE SELS MARINS, AUTRE COMPOSANTE IMPORTANTE EN TERME DE MASSE DE L'AEROSOL EN REGION OCEANIQUE, A PU ETRE EXPLIQUEE EN RELATION AVEC LA VITESSE DU VENT LOCAL EN HIVER, LES NIVEAUX DE CONCENTRATIONS OBSERVES EN ETE ETANT PROBABLEMENT LIES A DES PHENOMENES D'ADVECTION. LE SOUFRE A ETE UTILISE, APRES CORRECTION DE SES COMPOSANTES MARINE ET CRUSTALE, POUR LE TRACAGE DES SULFATES EN EXCES, PRODUITS PAR CONVERSION GAZ-PARTICULES. L'ETUDE DE LA VARIABILITE TEMPORELLE DES CONCENTRATIONS DE SOUFRE EN EXCES ET DES TRAJECTOGRAPHIES DE MASSE D'AIR NOUS A CONDUIT A PRIVILEGIER UNE INFLUENCE MAJEURE DES SOURCES ANTHROPOGENIQUES (AFRICAINES EN HIVER ET PROBABLEMENT EUROPEENNES EN ETE) SUR LES CONCENTRATIONS DE SULFATES EN EXCES. DE PLUS, LE TRANSFERT D'UNE PARTIE IMPORTANTE DE LA MASSE DES SULFATES EN EXCES SUR LES SELS MARINS EN PERIODE CLAIRE, ET SUR LES PARTICULES DE CALCITE D'ORIGINE CRUSTALE EN PERIODE DE POUSSIERES A ETE MIS EN EVIDENCE A PARTIR DES DISTRIBUTIONS GRANULOMETRIQUES DE CES PARTICULES. AFIN D'EVALUER LA CONTRIBUTION DE CHACUNE DE CES ESPECES A L'EPAISSEUR OPTIQUE TOTALE EN AEROSOL, LEURS PROPRIETES OPTIQUES (SECTIONS EFFICACES SPECIFIQUES D'EXTINCTION) ONT ETE CALCULEES, EN RELATION AVEC LEURS NATURES CHIMIQUES ET LEURS DISTRIBUTIONS GRANULOMETRIQUES. CECI A PERMIS DE CALCULER, A PARTIR DES CONCENTRATIONS DE CHACUNE DES COMPOSANTES DE L'AEROSOL, L'EXTINCTION DU RAYONNEMENT SOLAIRE, QUI COMBINEE A UNE EVALUATION DE LA REPARTITION VERTICALE DES DIFFERENTES ESPECES D'AEROSOL, PERMET D'ATTEINDRE L'EPAISSEUR OPTIQUE EN AEROSOL. L'EPAISSEUR OPTIQUE EN AEROSOL AINSI CALCULEE EST EN BON ACCORD GENERAL AVEC L'EPAISSEUR OPTIQUE MESUREE. LES RESULTATS OBTENUS MONTRENT QU'IL EXISTE UN BRUIT DE FOND PEU VARIABLE, DE L'ORDRE DE 0.05 EN EPAISSEUR OPTIQUE, DU AUX SELS MARINS ET AUX SULFATES EN EXCES, MAIS QUE LA VARIATION DE L'EPAISSEUR OPTIQUE TOTALE EN AEROSOL DANS CETTE REGION EST PRESQUE TOTALEMENT GOUVERNEE PAR LA VARIATION DE L'EPAISSEUR OPTIQUE EN POUSSIERES MINERALES D'ORIGINE SAHARIENNE. AINSI, DE FACON PLUS GENERALE, EN REGION OCEANIQUE, LES EPAISSEURS OPTIQUES EN AEROSOL SUPERIEURES A 0.3 NE SEMBLENT POUVOIR ETRE OBSERVEES QUE SOUS LE PANACHE DE POUSSIERES D'ORIGINE DESERTIQUE. CES RESULTATS TENDENT A CONFIRMER LA NECESSITE DE PRENDRE EN COMPTE L'EFFET RADIATIF DE CE TYPE D'AEROSOL NATUREL, DONT LES EMISSIONS SONT TRES SENSIBLES AUX CHANGEMENTS METEOROLOGIQUES, POUR L'EVALUATION DU FORCAGE RADIATIF DU AUX AEROSOLS TROPOSPHERIQUES
Author: El Hadji Thierno Doumbia
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Languages : en
Pages : 232
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This thesis was a contribution to the CORUS-POLCA (French acronym for " POLlution des Capitales Africaines ") program with the aim to characterize particulate pollution on traffic sites of two West-African capitals (Bamako, Mali and Dakar, Senegal) and to study aerosol biological impacts on lung inflammation. Urban particulate pollution with levels much higher than WHO norms, are in the focus due to intense African traffic sources and domestic fires. In this context, fundamental research of this thesis is centred on the following key scientific questions: - What is the chemical speciation of aerosols by size classes for black carbon, organic carbon, inorganic species, and trace elements for the two sites of POLCA program ? - What is the toxicity of these combustion aerosols and the oxidative stress levels ? - What is the link between aerosol size differentiated composition and inflammation markers for each source ? - What is the link between aerosol exposure and aerosol dose within the respiratory tract ? To tackle these questions, samples obtained during the intensive campaigns in Bamako (January 2009) and Dakar (December 2009) have been chemically analyzed to obtain differentiated aerosol chemical composition within size classes. All these measurements are conducted to a well physico-chemical characterization of particles in addition to source contributing determination using multivariate models (PCA, PMF). This study has been coupled to in vitro biological studies on sampled aerosols on the two sites. Such coupled studies allow to further understand the complex relationship between emissions source/aerosols chemistry/size distributions and biological health impacts. Finally, in this study, the DEPCLUNG (DEPosition, Clearance, LUNG) model was developed to evaluate chemically/size exposures to aerosol particle size distributions and calculate their respective concentrations/doses in the different compartments (trachea, bronchial, bronchiolar, alveolar) of the human respiratory tract. The conjunction of three themes, namely characterization of the urban particulate pollution in West Africa and its sources, its toxicological impact and dose modeling in the respiratory tract results in the multidisciplinary innovative character of the thesis.
Author: Marie-Roumy Ouafo Mendo-Leumbe
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Languages : fr
Pages : 0
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Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du programme INDAAF (International Network to study Deposition and Atmospheric chemistry in AFrica). Il a pour objectif d'étudier la physico-chimie des aérosols atmosphériques prélevés sur deux sites ruraux africains peu perturbés et représentatifs des écosystèmes de forêt (site de Nsimi au Cameroun) et de savane humide (site de Djougou au Bénin). Les aérosols prélevés hebdomadairement dans les fractions PM2,5 et PM10 à Nsimi de 2004 à 2009 et à Djougou de 2005 à 2009 ont été analysées, afin de caractériser les variations saisonnières des concentrations des différentes espèces chimiques et d'identifier leurs sources majeures en fonction des saisons. Les résultats obtenus ont permis (1) de mettre en évidence l'impact des paramètres climatiques sur les niveaux de concentration des espèces chimiques, la saison sèche présentant en général les plus importants, (2) d'identifier les sources combustion de biomasse et de biocombustible, terrigène, biogénique et secondaire comme présentes en saison sèche et les sources biogénique, feux domestiques et phénomène de guttation en saison humide, (3) de montrer l'impact de l'écosystème et de la situation géographique sur les émissions des aérosols : la source biogénique et la guttation sont plus importantes en forêt tandis que la source terrigène est plus importante en savane humide. Le second volet de cette thèse s'inscrit dans le cadre du programme POLCA (POLlution des Capitales Africaines). Le but était de caractériser la pollution particulaire à Yaoundé, capitale du Cameroun, et d'étudier son impact toxicologique sur la santé. Ce travail a permis de caractériser à l'échelle saisonnière la chimie de l'aérosol prélevé mensuellement de décembre 2012 à juillet 2013 et d'en déterminer les sources. Ensuite, divers tests de réponses biologiques des cellules épithéliales humaines exposées à ces aérosols ont permis de déterminer leur toxicité dans l'organisme humain en fonction des espèces chimiques les composant. Les résultats obtenus ont montré (1) l'impact de la taille et du nombre des particules de Yaoundé sur la toxicité : les plus fines induisant une plus forte expression de la réponse pro-inflammatoire des cytokines et des enzymes anti-oxydantes, (2) l'impact de la composition chimique sur cette toxicité : les aérosols riches en matières organiques particulaires induisant fortement l'expression des gènes du métabolisme des xénobiotiques, en particulier le CYP1A1.
Author: Vincent Ricard
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Languages : fr
Pages : 345
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L'amplitude du forçage radiatif direct par les aérosols dépend d'un grand nombre de facteurs, incluant entre autre leur nature chimique, leurs variations de concentrations temporelles et spatiales, et leur distribution en taille. Les grandes hétérogénéités de ces différents paramètres rendent les études de modélisation de l'impact radiatif délicates. Ces difficultés sont accentuées aux hautes latitudes, avec conditions environnementales particulières et un manque de données d'observation, alors même que les changements climatiques potentiels sont renforcés dans l'Arctique par certains effets de rétroactions, incluant par exemple les changements d'albédo résultants de la fonte des glaces polaires. Dans ce cadre, le programme EAAS (European Arctic Aerosol Study) avait pour objectif l'étude des propriétés physico-chimiques et optiques des aérosols dans l'Arctique européen afin d'en évaluer le forçage radiatif à l'échelle régionale. Cette étude s'est déroulée à Sevettijärvi (69°35' N., 28°50' E., 130 m au-dessus du niveau des mers), en Laponie finlandaise, de Juillet 1997 à Juin 1999. En vue de l'évaluation du forçage radiatif, nous nous sommes ainsi intéressés à la charge des différentes composantes de l'aérosol dans la basse troposphère en prenant en compte l'aérosol carboné (carbone suie et matière organique particulaire) afin de proposer un bilan de masse le plus précis possible. Nous avons ensuite, à des périodes clés de l'année, étudié plus en détail les distributions en taille des composantes de l'aérosol selon le type de masse d'air rencontré. Certaines espèces chimiques présentes au sein de l'aérosol étant issues de précurseurs gazeux, les échanges et les équilibres entre ces deux phases ont été étudiés. Un intérêt particulier a été porté à l'influence de la vapeur d'eau sur les distributions en taille des composantes particulaires. Enfin, nous avons introduit les propriétés optiques des aérosols et les paramètres importants pour une modélisation précise du forçage radiatif à l'échelle régionale.
Author: Anne Klaver
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Par absorption et diffusion des rayonnements solaire et tellurique les poussières désertiques agissent directement sur le bilan radiatif terrestre. À l'échelle globale, l'effet radiatif direct des poussières est actuellement estimé entre -0.56 et + 0.1 W m−2, ne permettant pas de conclure sur le fait que les poussières induisent un refroidissement ou un réchauffement du système Terre/Atmosphère. L'estimation de cet effet demeure encore incertaine en raison de la connaissance limitée que nous avons des propriétés optiques de diffusion et d'absorption des poussières en lien avec leurs propriétés physico-chimiques. Mon travail s'inscrit dans cette problématique de réduction de ces incertitudes. Il a consisté à étudier les propriétés physico-chimiques (composition minéralogique, taille et forme) et optiques (coefficients de diffusion, d'absorption et d'extinction, albédo de simple diffusion et paramètre d'asymétrie) des poussières en Afrique de l'ouest observées dans le cadre du programme d'Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine (AMMA) à la station de Banizoumbou (Niger) en hiver et en été 2006. Les observations ont été utilisées pour effectuer des études de fermeture des propriétés optiques à l'aide d'un modèle optique. J'ai cherché à déterminer s'il est possible d'estimer les propriétés optiques des poussières à partir de la connaissance de leurs propriétés physico-chimiques. J'ai montré une bonne représentation des coefficients de diffusion et d'extinction par le calcul (écart calcul/mesure
Author: Nelson Bègue
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Languages : fr
Pages : 500
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Book Description
Cette thèse est consacrée à l'étude de l'évolution des propriétés physico-chimiques d'un panache d'aérosols désertiques nord africains au cours de son transport vers l'Europe du Nord. Cet épisode de mai 2008 est considéré comme l'évènement de transport d'aérosols désertiques le plus important de ces cinq dernières années observé sur le continent européen. La propagation de ce panache a été étudiée en combinant des moyens d'observation (sols, aéroportées, spatiales) au modèle de recherche Méso-NH. L'analyse des processus de dépôt a révélée que les quantités éliminées de l'atmosphère par dépôt sec et humide représentent respectivement 7 et 40 % de la quantité émise. Les valeurs d'épaisseur optique mesurées à 440 nm sur l'Europe variaient de 0.1 à 0.8, avec un maximum proche de 1 au-dessus des Pays-Bas. Au-dessus de cette région, les aérosols désertiques sont principalement situés entre 2.5 et 5.2 km d'altitude, mais aussi proche de la surface. La concentration en aérosols désertiques au sein de ces deux couches a été estimée respectivement à 350 et 450 μg.m-3. Néanmoins, les mesures réalisées ne présentaient pas les caractéristiques optiques habituellement associées à la présence d'aérosols désertiques. En particulier, la présence d'une importante dépendance spectrale a été observée le 30 mai à proximité de Cabauw. L'exploitation des simulations ont permis de montrer que cela résultait d'une efficacité de lessivage plus importante du mode grossier. La présence d'aérosols désertiques coïncide avec une augmentation de la concentration des noyaux de condensation (CCN). Nos résultats suggèrent que le mélange entre le panache et les aérosols de pollution d'origine anthropique a conduit à une augmentation des capacités hygroscopiques des aérosols désertiques. Ce travail de recherche confirme ainsi que les conditions physico-chimiques de l'atmosphère régissent le cycle de vie des aérosols.
Author: Lyana Curier
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Languages : en
Pages : 164
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Book Description
Les aérosols influencent le bilan radiatif global et les processus nuageux. Leurs propriétés optiques et physico-chimiques sont mesurées au sol avec une grande précision à l'échelle locale. Les satellites permettent un suivi des aérosols à des résolutions spatio-temporelles raisonnables. Deux instruments et leurs algorithmes sont utilisés pour restituer les épaisseurs optiques des aérosols au dessus des océans et des terres : un a été appliqué aux données AATSR afin de restituer l'épaisseur optique dans le visible alors que l'autre permet de restituer les propriétés optiques dans l'UV à partir de OMI. Ces algorithmes ont été développés et testés sur le Nord-Ouest de l'Europe et sur le bassin amazonien. Les cas étudiés se situaient dans des zones industrialisées avec des couches d'aérosols de forte épaisseur optique sous le vent de sources locales avec de forts gradients de concentration. Les résultats montrent une bonne restitution des concentrations en aérosols.
Author: Sandra Lafon
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Languages : fr
Pages :
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Book Description
L'effet radiatif direct des aérosols désertiques émis par érosion éolienne dans les régions arides et semi-arides représentent une source d'incertitude majeure pour la modélisation du climat. Pour mieux quantifier cet effet, des aérosols ont été générés en soufflerie à partir de sols de zones sources (Niger. Tunisie et Chine). Ces échantillons ont été caractérisés à l'aide de méthodes originales du point de vue des paramètres qui conditionnent leurs propriétés de diffusion et d'absorption des rayonnements solaire et tellurique : distribution granulométrique, morphologie des particules, compositions minéralogique et chimique, dont les teneurs et le statut des oxydes de fer. Ces données ont permis d'évaluer les propriétés optiques des aérosols et d'établir la relation entre absorption du rayonnement visible et oxydes de fer. Cela permet d'envisager à court, terme d'inclure une paramétrisation des propriétés optiques dans les modèles d'émission de poussières.
Author: Raphaël Adam de Villiers
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Languages : fr
Pages : 224
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Book Description
Une campagne de mesures POLARCAT-France, a eu lieu au nord de la Suède en avril 2008 pour l’étude des polluants à courte durée de vie en Arctique. L'étude des panaches d'aérosols repose sur les mesures d'un lidar à rétrodiffusion émettant à 355, 532 et 1064 nm et équipé d'un canal pour mesurer la dépolarisation à 355 nm. Trois paramètres optiques (les rapports de diffusion, le pseudo rapport de couleur et de dépolarisation) fournissent des informations sur l'épaisseur optique, le rapport entre fraction fine et fraction grossière, et la présence d'aérosols minéraux. L’analyse des données du lidar spatial CALIOP a permis l’étude des mêmes paramètres optiques. L'intercomparaison entre les deux instruments a montré une différence importante sur les valeurs absolues de rapport de couleur, qui est dû à des différences de méthode d'étalonnage entre les deux instruments. Néanmoins, les variations relatives des paramètres optiques restent cohérentes. Une climatologie sur les propriétés optiques de l'aérosol a été réalisée en lien avec l'origine des masses d'air. Pour identifier les sources d'aérosols, une étude lagrangienne a été menée avec des simulations du modèle de transport, FLEXPART, combiné aux mesures CALIOP. Cette analyse montre que l'aérosol arctique résulte d'un mélange de trois sources: émissions anthropiques du nord-est de l'Asie et d'Europe, feux de forêt et agricoles de Sibérie et des déserts d'Asie Centrale. Enfin, une étude sur les propriétés optiques de l'aérosol a été effectuée sur les incendies de l'été 2010 en Russie et a permis une comparaison de l'impact de cet épisode d'été avec les observations de l’année polaire internationale.
