Le projet WATEM a pour but d’étudier in situ la condensation d’eau sr des aérosols par microscopie électronique en transmission environnementale, pour mieux comprendre la formation des nuages et ainsi mieux prédire le climat.

Prévoir le climat et le réchauffement futurs requiert entre autres de quantifier le rôle des nuages par une meilleure compréhension de leur formation. Ceux-ci germent par condensation de vapeur d'eau sur des particules d'aérosols de morphologie et nature chimique variable et dont un grand nombre est de taille sub-micronique. WATEM étudiera ces processus in situ dans un Microscope Electronique en Transmission (MET) qui a la résolution requise et donne des informations morphologiques 2D/3D, structurales et chimiques. Le challenge de contrôler les conditions thermodynamiques de la condensation de gouttelettes dans un environnement gazeux saturé en vapeur d’eau sera relevé dans un MET Environnemental (ETEM) travaillant à une pression partielle variable (< 20 mbar comme dans un microscope à balayage ESEM).

Nous développerons un embout de porte-objet refroidi par une micro-platine Peltier permettant l’observation simultanée des phases solide, liquide et vapeur et de l’évolution de leurs respectives interfaces, de même que celle de liquides sans membranes d’encapsulation.

Centré sur ce développement technologique, WATEM mettra en valeur l’expertise scientifique de trois équipes dont les compétences sont complémentaires et avec suffisamment de recouvrement pour qu’une communication et des échanges efficaces puissent avoir lieu en même temps qu’un travail efficace intra- et inter-équipes

fournissant ainsi une base solide pour le succès du projet : IRCELYON (chimie atmosphérique, ETEM liquide/gaz, ESEM liquide/gaz), MATEIS (ETEM liquide/gaz, ESEM liquide/gaz, tomographie électronique, porte-objets spécifiques), MAJULAB (systèmes micro/nano, porte-objets spécifiques, ESEM/ETEM).

WATEM s’articule autour de 5 WP scientifiques/technologiques (plus 1 concernant la gestion du projet). Le WP1 concerne la réalisation d’une micro-platine Peltier refroidie adaptable aussi bien dans un ESEM que sur un porte-objet existant pour un ETEM. Cette solution originale sera complétée par d’autres alternatives existantes a priori moins efficaces du point de vue du contrôle fin de la température, et donc des conditions de condensation de l’eau sur les aérosols, qui permettront de gérer le risque de retards dans le développement du prototype Peltier. Dans les WP3, WP4 et WP5 une attention particulière sera apportée aux effets d’irradiation de façon à minimiser leur effet sur les phénomènes observés et à développer des protocoles d’expérience pertinents. Le WP3 permettra de valider et calibrer le système micro-platine Peltier dans l’ESEM pour la condensation d’eau sur des grandes collections d’aérosols artificiels modèles (études statistiques), profitant de l’espace existant dans la chambre de l’ESEM et afin de faciliter les expériences à réaliser en ETEM. Des approches tomographiques dans ESEM, dans des conditions de condensation, seront également testées. Dans le WP4, nous effectuerons une démarche équivalente sur l’ETEM, profitant des résultats du WP3 : validation de la platine Peltier dans l’ETEM sur les mêmes aérosols modèles et mesures des humidités relatives de déliquescence et d’efflorescence. Nous nous intéresserons également au rôle de la mixité de la nature des aérosols (par exemple: inorganique/organique) sur l’hygroscopicité avec des méthodes analytiques (EDX/EELS), complémentaires de l’imagerie, et de la tomographie électronique. Enfin, le WP5 sera consacré à l’étude d’aérosols réels (prélèvement atmosphérique) dans l’ETEM ; ici le principal challenge sera de pouvoir suivre en temps réel l’évolution des interfaces solide/liquide et liquide/vapeur essentiels pour une compréhension des phénomènes de croissance des nano-gouttelettes d’eau et leur implication dans la formation des nuages.

Le succès des développements et de la stratégie proposée dans WATEM permettra l’élargissement à des études dans d’autres domaines : suspensions de nano-objets en liquide, cristallogenèse en milieux nano-confinés, évolution d’objets biologiques sub-microniques, …