Réduire les émissions d'ammoniac des espaces agricoles, sources de particules

Intitulé et acronyme du projet: Surface, particules, ammoniac, zones cultivées et périurbaines - SPARTACUS

Porteur: Erwan Personne (ECOSYS)

Partenaires

• de BASC: LSCE, SADAPT
• académiques: NOAA (Oak Ridge Center, Tennessee, USA); Université du Tennessee (USA); Environmental Protection Agency (Caroline du Nord, USA); Université Roskilde (Danemark); INRA SAS (Rennes)
• non académiques: l'association de surveillance de la qualité de l'air Airparif, INERIS

Mieux prendre en compte ce type de particules demande de mieux modéliser les processus de l’ammoniac (émissions, dépôts, formation de particules) à l’interface entre les agroécosystèmes et l’atmosphère, en se  focalisant plus particulièrement sur les milieux qui sont à la lisière entre les zones urbaines (où se trouve la population) et les espaces agricoles (sources d’ammoniac).

Le projet Spartacus associe deux laboratoires Basc et un partenaire pour constituer un état des connaissances et définir les travaux de recherche  à mener pour mieux qualifier cette source de particules secondaires prenant en compte les échanges végétation atmosphère, les pratiques agricoles  sources d’ammoniac et le devenir atmosphérique de l’ammoniac. Le travail sera conduit sur la base des modèles existants, des bases de données auxquelles les partenaires du projet ont accès, et sur des synthèses de la littérature scientifique dans le domaine de l’atmosphère et de l’agronomie. Ce projet vise aussi à renforcer les articulations entre les partenaires en vue de constituer un consortium reconnu sur cette thématique aux niveaux nationaux et européens. 

Résultats

Le projet visait à améliorer la représentation de la surface (écosystèmes terrestres) dans les modèles atmosphériques pour mieux estimer les processus d’échanges et de transformation de l’ammoniac (émissions, dépôts atmosphériques (NH3, aérosols), conversion gaz-particules) et leur variabilité spatiale (diversité des écosystèmes/cultures) et temporelle (saison, cycle des cultures, pratiques de fertilisation)

Le projet s’est concentré sur la définition des questions de recherche actuelles et sur l’établissement de collaborations efficientes pour répondre aux questions et pour construire un consortium de laboratoires pour ces questions.
Cette réflexion a donc permis de concevoir un projet de recherche de plus grande ampleur conclu par un soutien financier après une candidature à deux appels à projet nationaux (projet NUAGE – soutien ADEME et région IdF).

En complément de ce volet, les outils de modélisation actuellement maitrisés dans les laboratoires associés au projet ont été testés et notamment le modèle SurfAtm- NH3 qui a été comparé à d’autres modèles et sur plusieurs jeux de données contrastés. Cela a permis de mettre en avant la complexité des processus de surface à mieux prendre en compte. Pour améliorer la prédiction des émissions d’ammoniac gazeux sans l’acquisition de mesures aux champs, un couplage avec une approche simplifiée de la dynamique de l’azote dans le sol a été intégrée au modèle SurfAtm et testée. Les résultats sont prometteurs.

Le modèle SurfAtm a par ailleurs été complété d’un guide d’installation et d’utilisation pour permettre plus aisément de collaborer avec des partenaires extérieurs.

Figure 1 : Variation temporelle du potentiel d’émission mesuré dans l’apoplasme des feuilles, le tissu foliaire, les racines, la litière tombée au sol, le sol pour deux épaisseurs, l’eau récupérée sur les cuticules, et finalement par le potentiel d’émission évalué par inversion à proximité du sommet du couvert (z0).
Ce dernier élément cité (courbe orange représentant le potentiel d’émission à z0) représente le potentiel d’émission moyen du couvert. Cette figure illustre les sources potentielles d’ammoniac. La difficulté réside donc dans la détermination de la contribution relative de chacune des sources possibles (sol, litière de feuilles mortes, racines, plante, etc ...)

En conclusion, le projet SPARTACUS a permis de démarrer réellement des collaborations avec des partenaires nationaux et internationaux, d’améliorer un des outils de modélisation utilisé (SurfAtm) et de concevoir un projet qui a abouti par un soutien financier.

Poster du projet issu des journées scientifiques BASC 2017:

Publications 

> Personne E., Tardy F., Génermont S., Decuq C., Gueudet J.C., Mascher N., Durand B., Masson S., Lauransot M., Fléchard C., Burkhardt J. and Loubet B. (2015). Investigating sources and sinks for ammonia exchanges between the atmosphere and a wheat canopy following slurry application with trailing hose. Agricultural and Forest Meteorology, Volume 207, 15 July 2015, Pages 11–23. doi:10.1016/j.agrformet.2015.03.002

Communication lors d'événements scientifiques

> Poster en collaboration avec NOAA – Lichiheb N. (post-doc avec NOAA) Evaluation of ammonia air- surface exchange at the field scale: Improvement of soil and stomatal emission potential parameterizations. Lichiheb N, Myles L, Personne E, Heuer M, Buban M. – 25ème national American Chemistry Society (ACS) meeting. Sept 2017

> Poster Modelling agricultural ammonia emissions - impacts on particulate matter -: Hamaoui-Laguel L., Meleux F., Beekmann M., Cheiney-Fortems A., Bessagnet B., Génermont S. and Cellier P. projet européen - ECLAIRE meeting (sept 2016).