Présentation des données - Les mesures de HCHO obtenues et leur représentativité géochimique

Chapitre 4. Le bilan du formaldéhyde troposphérique en zone côtière Antarctique

1. Les mesures de HCHO obtenues et leur représentativité géochimique

1.1. Présentation des données

1.1.1. Cycle annuel du HCHO à Dumont d’Urville

Figure 4-1 - Cycle annuel de HCHO mesuré à Dumont d'Urville (valeurs moyennes mensuelles en pptv ± écart-type), réalisé à partir du critère de filtrage le moins strict (4m.s-1, en bleu). A titre indicatif, les moyennes mensuelles réalisées à partir du filtrage le plus strict sont également reportées (8m.s-1, en bleu clair).

Les mesures de HCHO obtenues au cours de cette étude ont été présentées au chapitre 3 (voir Figure 3-16). Les données brutes couvrent la période entre début janvier 2009 et fin janvier 2010 de façon quasi-continue, avec une résolution de 30 secondes. La spécificité du site nous impose cependant de corriger ce jeu de données, du fait des sources locales de contamination de la station (combustions anthropiques et manchots). Cette correction a été décrite en détail

dans le chapitre 3, et a été réalisée par un filtrage basé sur les données météorologiques locales.

Les résultats des mesures filtrés de HCHO à l’échelle du cycle annuel sont présentés par la Figure 4-1, avec un résumé statistique mensuel présenté dans le Tableau 4-1. Les moyennes horaires et mensuelles ont été réalisées à partir des données de résolution 30s filtrées (voir chapitre 3). On remarque que le type de filtre utilisé (direction défavorable et vitesse du vent inférieure à 4 ou 8 m.s^-1) a peu d’influence sur le cycle annuel, avec un seul mois présentant un écart lié au filtrage de 30 pptv (janvier 2009). Les données présentées par la suite correspondent à celle du filtrage selon direction défavorable et vent faible (4m.s^-1). Le cycle annuel présente des variations saisonnières marquées et corrélées avec le cycle annuel de radiation, avec un maximum estival atteignant 205 pptv au mois de janvier et un minimum hivernal de 54 pptv. Les valeurs estivales (novembre à février) présentent une plus forte dispersion qui sera discutée par la suite. Un autre point important à remarquer est la brusque augmentation de la concentration de HCHO au printemps : celle-ci se produisant à la mi- novembre, elle demeure peu visible sur ce type de représentation basé sur les valeurs moyennes mensuelles. En revanche cette hausse soudaine apparaît beaucoup plus clairement dans les moyennes horaires (voir Figure 3-16 du chapitre 3, sur laquelle sont également reportés les enregistrements de température et d’insolation).

Tableau 4-1 – Valeurs mensuelles de HCHO mesurées (moyenne, médiane et écart-type réalisés à partir des données filtrées à la résolution de 30s)

mois

HCHO mesuré (pptv) Pourcentage de secteur moyenne médiane écart-type continental marin

janv-09 205 168 86 55 13

févr-09 103 94 42 69 9

mars-09 62 58 43 52 22

avr-09 42 41 16 68 11

mai-09 52 51 23 72 9

juin-09 46 44 20 70 14

juil-09 68 65 28 67 17

août-09 50 44 24 64 18

sept-09 65 64 36 77 10

oct-09 58 56 26 69 15

nov-09 121 114 48 74 7

déc-09 148 140 44 70 11

janv-10 184 177 58 56 25

Figure 4-2 - Cycles journaliers moyens observés à Dumont d'Urville à l’automne (a), au printemps (b), et en été ((c) et (d)). N représente le nombre de points de mesures. Aucun cycle journalier n’est observé en hiver.

Dans le jeu de données brutes, un cycle journalier très marqué est très souvent observé au printemps, en été et à l’automne, mais pas en hiver ; la prise en compte de ce cycle est responsable de l’augmentation de la dispersion des mesures à ces saisons. Ce cycle journalier présente toutefois un recouvrement potentiel avec une contamination locale en milieu de journée. Ceci s’explique par l’affaiblissement systématique de la vitesse du vent en fin de matinée jusqu’à la fin d’après-midi (Périard et Pettré, 1993), qui favorise l’impact des sources de contamination locale. La source locale de contamination liée à la présence des manchots émet significativement par vent faible, ce qui se traduit par un filtrage discriminant en majorité les mesures entre la fin de matinée et la fin d’après-midi. Pour traiter ce problème, nous avons appliqué une correction radicale permettant d’assurer la représentativité des cycles journaliers observés. Au total, 85% de ceux observés au labo3 ont dû être écartés du jeu de données, en retirant d’une part les données potentiellement contaminées en appliquant le filtre le plus strict (directions de vent défavorable et vitesse inférieure à 8 m.s^-1,voir chapitre 3) et d’autre part les cycles incomplets (retrait des cycles n’ayant pas de données pendant plus de deux heures). Les résultats séparés par saison sont présentés par la Figure 4-2. Les mesures

d’été ont été séparées par campagne : décembre 2009, et janvier-février 2011. Ces résultats correspondent à 18 journées réparties sur les campagnes 2009/2010 et 2010/2011 pendant lesquelles un cycle journalier a été observé à Dumont d’Urville, en considérant différents sites (Labo3, Iono et Lion), et en éliminant toute possibilité de contamination. Les cycles journaliers moyens de novembre et décembre 2009 correspondent aux mêmes journées pour les deux sites de mesure (respectivement Iono/Labo3 et Lion/Labo3). L’allure générale du cycle moyen observé entre décembre et mars est en phase avec le cycle journalier de la température de l’air, avec un minimum de nuit (entre minuit et six heures) et un maximum l’après-midi (entre midi et vingt heures, en moyenne autour de 17 heures). Cependant, le cycle présenté pour novembre montre un phasage différent, avec une augmentation de la teneur en HCHO commençant tôt le matin (avant 6 heures) et suivie d’un maximum entre 9 heures et 15 heures. Ce cycle spécifique a été observé sous des conditions d’écoulement catabatique (vent de direction moyenne 140°S, de vitesse moyenne 12 m.s^-1 relativement constante), et uniquement au mois de novembre. L’examen d’autres journées de printemps, dont les cycles journaliers ont été écartés par le filtrage des données, montre toutefois que ce cycle spécifique (avec un maximum à midi) n’est pas systématique à cette saison. En effet, d’autres journées de novembre présentent une augmentation de la teneur en HCHO plus tard en journée, comme observé en été et à l’automne. Ce cycle spécifique n’étant pas entièrement représentatif du printemps, nous considérerons pour notre étude des cycles journaliers la moyenne des cycles observés entre décembre et mars. L’amplitude des cycles moyens observés varie entre 35 pptv et 58 pptv, avec une moyenne de 40 pptv.

masse d’air d’origine continentale, en dehors de quelques rares épisodes présentant une situation de mélange entre advection continentale et côtière ou marine, selon les hauteurs des couches considérées. Ces situations sont confirmées par les directions de vent relevées au sol, qui indiquent soit des secteurs côtiers, soit des secteurs continentaux. L’ensemble de ces situations est résumé dans le Tableau 4-2. Les cycles journaliers observés sont donc considérés comme représentatifs de l’écoulement continental advecté sur Dumont d’Urville.

Tableau 4-2 – Synthèse des journées présentant un cycle diurne marqué. Les masses d’air sont codées selon leur origine : continentale (C), côtière (Co) ou marine (M).

AUTOMNE 2009 date 06-mars 07-mars 08-mars 15-mars 16-mars 17-mars 22-mars LABO3 amplitude

(pptv) 60 70 45 40 40 30 60