Description

Les panaches de pollution atmosphérique constituent une voie principale par laquelle les polluants émis par des sources localisées, telles que les centrales électriques, les installations industrielles et les feux de végétation, sont transportés et dispersés aux échelles locale et régionale. Ils sont des composantes omniprésentes des environnements pollués et jouent un rôle clé dans la détermination de la qualité de l’air. Malgré leur importance, leur comportement dynamique et physico-chimique demeure difficile à prédire en raison des interactions complexes entre les caractéristiques des émissions, la chimie atmosphérique et les processus météorologiques.
Ces difficultés proviennent en grande partie de la nature et de l’échelle propres aux panaches de pollution. Les panaches atmosphériques sont des structures intrinsèquement tridimensionnelles, caractérisées par de forts gradients spatiaux, une évolution temporelle rapide et des liens étroits entre les transformations chimiques et le mélange atmosphérique. La chimie au sein des panaches se déroule dans des conditions très différentes de celles de l’atmosphère de fond environnante, ce qui conduit souvent à des comportements chimiques fortement non linéaires. En particulier, les interactions impliquant les oxydes d’azote (NOₓ), l’ozone (O₃) et les composés organiques volatils (COV) peuvent engendrer des régimes chimiques spécifiques aux panaches.
La plupart des modèles atmosphériques peinent à représenter correctement les processus propres aux panaches. Leur résolution spatiale est généralement trop grossière pour résoudre les structures à l’échelle des panaches, ce qui entraîne une dilution et un mélange prématurés des émissions, ainsi que l’hypothèse implicite selon laquelle la chimie peut être simulée à partir d’émissions et de concentrations moyennées à l’échelle des mailles du modèle. Ces approches de moyennage linéaire conduisent à des biais dans la simulation de l’efficacité de production d’ozone, du cycle des radicaux et de la formation de polluants secondaires.
Des stratégies de mesure innovantes permettent une cartographie tridimensionnelle de plus en plus détaillée de la structure et de la composition des panaches de pollution, autorisant une observation directe de leur dynamique, de leur mélange et de leur chimie. Ces observations rendent possible la caractérisation de l’évolution dynamique et physico-chimique des panaches, l’identification des paramètres de contrôle clés sur une large gamme de caractéristiques d’émissions et de conditions météorologiques, l’évaluation de la capacité des modèles à reproduire le transport et la chimie non linéaire des panaches, ainsi que le développement de contraintes observationnelles pour la modélisation.
L’objectif général de ce projet de doctorat est d’exploiter ces avancées afin d’améliorer la compréhension quantitative de la formation et de l’évolution des panaches de pollution atmosphérique. Le projet s’appuiera sur plusieurs études de cas de panaches documentés lors de campagnes de terrain dédiées et intégrera des jeux de données observationnelles à haute résolution, des techniques avancées d’analyse de données et des approches simples de modélisation.
Le volet observationnel s’appuie sur des campagnes de terrain passées et à venir, incluant des mesures de panaches de centrales électriques réalisées lors de la campagne ALPACA (Fairbanks, Alaska, janvier–février 2022), des mesures de panaches d’incendies lors des campagnes EUBURN-Risks en Espagne en 2026 et au Portugal en 2027, ainsi que des mesures de panaches émis par des sources industriels à Marrakech en 2026 ou 2027 (pilotées par l’Université UM6P). En échantillonnant une grande diversité de panaches ainsi qu’un large éventail de conditions météorologiques et physico-chimiques, le projet permettra une évaluation complète des processus à l’œuvre au sein des panaches.

Compétences requises

- Master en sciences atmosphériques ou dans un domaine connexe - Programmation en Python ou dans un autre langage pour l'analyse de données - Expérience dans les campagnes sur le terrain et l'analyse de données - Connaissances en météorologie et en chimie atmosphérique - Capacité à travailler en équipe et à collaborer efficacement - Motivation et curiosité scientifique

Bibliographie

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Mots clés

qualité de l'air, feux, panaches de pollution, capteurs minaturisés