Processus de formation des événements de poussière de diamant

M2 OASC : Fiche de stage
Titre du stage : Processus de formation des événements de poussière de diamant au Dôme C (Antarctique)
Nom et statut du (des) responsable (s) de stage : RICAUD Philippe (DR CNRS), GAME/Météo-France
Coordonnées (téléphone et email) du (des) responsable (s) de stage : 05.61.07.96.09 & [email protected]
Sujet du stage :
L’évolution des régions polaires est une question scientifique majeure dans le contexte du changement
climatique global. Les conditions extrêmes rencontrées aux hautes latitudes rendent ces zones encore plus
sensibles au réchauffement global, et les réponses du système Terre aux variations de température y sont
plus rapides qu’aux moyennes latitudes. Le plateau antarctique (d'une altitude moyenne de 2500 m audessus du niveau de la mer) est un des lieux les plus froids et les plus secs de la planète, jusqu’à –80 °C et
moins de 0,5 mm de quantité intégrée de vapeur d’eau en hiver au Dôme C. La station du Dôme C
(Concordia) en Antarctique (75°06′S, 123°21′E, 3233 m au-dessus du niveau moyen de la mer) est opérée
conjointement par l’Institut polaire français Paul-Émile Victor (IPEV) et l’institut italien Programma
Nazionale Ricerche in Antartide (PNRA). Si l’on considère tous les processus qui jouent un rôle clé dans
l’évolution de la température et de la vapeur d’eau selon la saison, la station du Dôme C est extrêmement
intéressante pour l’étude des variations diurnes et de la couche limite atmosphérique selon les saisons
(Ricaud, 2014a) et pour l’étude des tendances à long terme de la vapeur d’eau et de la température induite
par l’évolution du climat, et réciproquement.
En combinant différents jeux de données provenant d’instruments installés sur le site (radiomètre microonde HAMSTRAD pour la mesure de la vapeur d’eau, la température et un paramètre (Liquid Vapour
Path) traçant la présence de nuage), de Lidars aérosols (coefficients de rétro-diffusion)), des mesures
spatiales de l’instrument Lidar CALIOP sur la plateforme CALIPSO mesurant des coefficients de rétrodiffusion, et les analyses météorologiques du modèle ARPEGE, on a pu remonter, sur quelques périodes
de l’année 2013, à la genèse de la formation des nuages constitués de cristaux de glace au-dessus de la
station du Dôme C : a) nuages épais avec précipitation, b) phase mixte (eau liquide-cristaux de glace) et
c) cristaux de glace en suspension (donc sans précipitation) appelés poussière de diamant (Ricaud,
2014b).
Le but de ce stage est de considérer, non plus quelques périodes d’observation, mais la globalité des jeux
de mesures et sorties de modèle disponibles sur 3 années (2013-2015). On développera des outils
statistiques qui permettront, à terme, de prédire l’apparition ou non d’épisodes de poussières de diamant à
partir de paramètres comme l’amplitude de variation de la température et de la vapeur d’eau sur une
période donnée et/ou l’apparition et le positionnement de fronts humide et chaud suivis de fronts froid et
sec au-dessus du Dôme C.
Pour parfaire cette analyse, le candidat utilisera les outils déjà développés au sein de l’équipe
GMGEC/CAIAC à partir de logiciels d’analyse de type IDL sur des machines du GAME mises à sa
disposition.
Ricaud, Philippe, Variabilités de la vapeur d'eau et de la température troposphérique au Dôme C (station
Concordia), Antarctique. Partie I : l'instrument HAMSTRAD, La Météorologie, 84, 15-28, 2014a,
DOI : 10.4267/2042/53184.
Ricaud, Philippe, Variabilités de la vapeur d’eau et de la température troposphérique mesurées par le
radiomètre micro-onde HAMSTRAD au Dôme C, Antarctique. Partie II : Résultats scientifiques, La
Météorologie, 85, 35-46, 2014b, DOI : 10.4267/2042/53749.
UE optionnelles suggérées pour accompagner le stage (2 UE à choisir parmi UE 7.1, 7.2, 7.3, 7.4, et 7.5) : 7.1
& 7.2
UE optionnelles du M2 OASC
MODULE
C (h)
UE 7.1 :
Physique des
nuages
UE 7.2 :
Aérosols
10
10
UE7
Options
(2/5)
UE 7.3 :
Océanographie
côtière
UE 7.4 :
Traceurs dans
l'océan
UE 7.5 :
Cryosphère
10
10
10
Compétences
Compréhension des processus
physiques associés aux nuages.
Approche de l'observation des nuages
et de leur représentation.
Rôle des nuages dans les
perturbations atmosphériques des
latitudes moyennes et tropicales.
Notions sur les sources d'aérosols
atmosphériques.
Notions sur les processus d'évolution
des propriétés physico chimiques de
l'aérosol au cours de son transport
dans l'atmosphère.
Notions sur les impacts climatiques
associés à la présence d'aérosols.
Notions sur les techniques de
mesures de l'aérosol par impaction ou
par filtration.
La marge continentale est le siège
d’une dynamique très spécifique. La
formation proposée vise à en identifier
les causes, à décrire les mécanismes
associés et à proposer des modèles
simples.
Acquisition de connaissances sur les
outils géochimiques utilisés pour
étudier des paramètres-clés (export
de carbone, mélange dans l’océan…),
modèles utilisés en géochimie marine
Faire comprendre le rôle de la
cryosphère dans le climat en tant
qu’acteur et témoin climatique. Notion
de temps de réponse, rapide pour les
glaces de mer, lent pour les glaces
continentales. Notion de
fonctionnement d’un glacier et intérêt
en tant qu’archives glaciaires.
Contenu du module (mots clefs)
Nuages, système d’équations, modélisation,
observations.
Nuages stratiformes (stratus, brouillard,
stratocumulus, cirrus).
Nuages cumuliformes (dynamique, électricité,
grêle, tornades, systèmes convectifs).
Perturbations des latitudes moyennes
(structure à grande échelle, observations
satellite, nuages et fronts).
Cyclones tropicaux (climatologie, évolution,
impact, prévisibilité).
Sources, processus de formation et
d’évolution, vieillissement, impact radiatif
Spécificité de la circulation océanique, de la
réponse au vent et de la dynamique des
marées, des tsunamis, de la houle, des ondes
internes et des panaches fluviaux sur les
marges continentales.
Outils géochimiques, quantification des flux
de matière dans l’océan, quantification du
mélange (horizontal, vertical) dans l’océan,
échanges côte-large.
Notion d‘albédo et de rétroaction positive.
Fonctionnement d’un glacier et d’une calotte
polaire. Formation de la glace de mer. Glace,
témoin de l’altération climatique. Recul des
glaciers continentaux et des glaces de mer
Arctique. Glace, acteur du climat.
Master Sciences de la Planète et de l’Environnement
M2 Spécialité Recherche
OCEAN ATMOSPHERE
ET SURFACES CONTINENTALES
GUIDE DU STAGE
Objectif du guide : informer les étudiants et les encadrants de la forme et du contenu que doit revêtir
le stage de recherche.
Le stage de recherche est une phase de formation de l’étudiant, dans laquelle l’encadrant a
un rôle prépondérant et au cours de laquelle diverses activités sont normalement proposées,
répondant toutes à des objectifs particuliers :
1. Travail bibliographique : savoir situer son sujet de recherche dans le domaine scientifique
correspondant.
2. Assimilation de techniques scientifiques : savoir manipuler des données, utiliser et/ou
développer un modèle, mener des expériences… pour obtenir des résultats scientifiques
nécessaires à l’analyse d’un problème.
3. Rédaction d’un rapport : savoir rédiger une synthèse de ses travaux dans un format imposé,
en faisant preuve de clarté avec un choix judicieux de figures.
4. Soutenance orale : savoir présenter ses travaux et défendre ses résultats devant une
assistance.
5. Effort de pédagogie : savoir transmettre son propos devant une assistance non spécialisée.
Le jury doit pouvoir évaluer les compétences acquises par l’étudiant dans ces diverses activités
afin de vérifier que tous les objectifs de la formation par la recherche soient atteints. Cette
évaluation est basée sur le rapport de stage et sur la soutenance orale.
"Quelle réponse apporter à quelle question?" Ce double questionnement peut servir de fil rouge
à l'étudiant qui devra démontrer son esprit critique vis-à-vis des résultats qu'il présente, et faire
preuve de qualités pédagogiques pour bien faire comprendre ses travaux. Il pourra, si possible,
montrer les apports des différents cours qu'il a suivis. Par ailleurs, le jury doit pouvoir bien
cerner le travail effectif et personnel de l’étudiant que ce dernier devra mettre en évidence.
Rapport de stage :
- 30 pages maximum de l’introduction aux références (effort de synthèse), police de caractères
de taille 12, marges de 2 cm minimum.
- Possibilité de mettre des annexes (utiles pour le groupe d’accueil) qui ne seront pas évaluées et
dont la lecture ne doit pas être indispensable à la compréhension du rapport.
- Format : 1 résumé, 1 table des matières, 1 introduction (situant le problème scientifique abordé
dans le contexte international, ainsi que la démarche scientifique utilisée/suivie), 1 description
de la méthodologie, 1 présentation des résultats, 1 discussion, 1 conclusion avec des
perspectives, et les références des articles cités dans le corps du texte.
Soutenance de stage :
Présentation sous forme de diaporama (PowerPoint Windows XP ou Acrobat pdf) d'une
durée de 15 minutes (une quinzaine de diapositives), suivie de 5 à 10 minutes de questions, en
présence de l'encadrant, qui ne peut intervenir.
Chaque soutenance est suivie d’une courte délibération en présence du responsable de stage
dans un premier temps, et en son absence dans un second temps.