Etude de la variabilité à moyen et long terme de la

ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES DE L’ENVIRONNEMENT
D'ILE DE France N° 129
Proposition de sujet de thèse pour la rentrée 2017
Nom du Laboratoire d’accueil : LATMOS
N° UMR : 8190
Nom du Directeur du laboratoire : Philippe Keckhut
Adresse complète du laboratoire : 11 Bd d’Alembert, 78280 Guyancourt
Nom de l’Equipe d’accueil et adresse si différente de celle du laboratoire : SHTI
Nom du Directeur de thèse HDR :
Sophie Godin-Beekmann
Téléphone : 01 80 28 54 99
Mail : [email protected]
Nom du co-directeur de thèse HDR :
Alain Hauchecorne
Téléphone : 01 80 28 50 24
Mail : [email protected]
Nom du co-encadrant non HDR :
Andrea Pazmiño
Téléphone : 01 80 28 52 54
Mail : [email protected]
• Titre de la thèse :
Etudedelavariabilitéàmoyenetlong-termedelastratosphèrefondéesurune
approchemulti-paramètre
• Sujet proposé (2 pages maximum) :
La stratosphère fait l’objet de nombreuses recherches en liaison avec la double problématique de
la dégradation de la couche d’ozone et du changement climatique qui affectent cette région. Les
premiers signes du rétablissement de la couche d’ozone liés à la diminution des composés
halogénés (Ozone Depleting Substances, ODS) dans la stratosphère sont attendus dans les années
à venir. Des études de tendances d’ozone sont réalisées à différentes latitudes en lien avec
l’évolution du contenu en ODS dans la stratosphère. Il existe actuellement un désaccord
important entre les séries de données sur l'ampleur et la signification statistique de
l’augmentation (WMO, 2014).
Divers travaux scientifiques présentés dans le dernier rapport de WMO (2014) ont montré que
l’émission de gaz à effet de serre (GES) par les activités humaines a un effet sur l’ozone
stratosphérique par le biais des changements de température. Dans le cas de la haute stratosphère
notamment, le refroidissement de cette région a ralenti les cycles chimiques de destruction de
l’ozone. Environ 50% de l’augmentation de l’ozone a été attribuée par les modèles de climat à
l’augmentation de GES (WMO, 2014). Dans le cas de la basse stratosphère, le refroidissement de
cette région peut favoriser l’augmentation d’occurrence des nuages stratosphériques polaires
(PSC) qui jouent un rôle essentiel dans la perte d’ozone. Les modèles de climat prévoient
également une intensification de la circulation de Brewer-Dobson qui aurait pour effet d’accélérer
le rétablissement de la couche d’ozone et même d’induire un sur-rétablissement de l’ozone aux
moyennes et hautes latitudes et un sous-rétablissement aux tropiques. La réalité de cette
intensification est encore en question.
Les GES de plus ou moins longue durée vie comme N2O et CH4 sont des gaz sources pour les
composés qui interviennent dans les cycles catalytiques de destruction de l'ozone stratosphérique.
Différents scénarios ont été considérés par les modèles du climat dans lesquels une augmentation
des émissions de N2O tendrait à réduire l’ozone tandis qu’une augmentation de CH4 tendrait à
l’augmenter. Un autre GES à considérer est la vapeur d’eau car c’est la principale source de
radicaux HOx qui détruisent l'ozone. Les changements du contenu en vapeur d'eau peuvent aussi
modifier les températures stratosphériques (et donc les taux de réactions chimiques) et la
formation de nuages stratosphériques polaires.
L’objectif de cette thèse est d’évaluer à partir des observations disponibles les processus radiatifs
et dynamiques à l’œuvre dans la variabilité à moyen et long terme de l’ozone et plus
généralement de la stratosphère, sur plusieurs décennies. Des études de tendance de l’ozone et
des paramètres influençant son évolution s’appuieront sur la synergie entre les différentes séries
de mesures dans les régions (tropiques, moyennes et haute latitudes) de la stratosphère. Le
LATMOS possède une base de données unique pour aborder ce sujet. Il dispose de longues séries
de mesures du profil vertical d’ozone, d’aérosols, de température par lidar et des colonnes totales
d’ozone et de dioxyde d’azote par spectrométrie UV-Visible. Ces observations sont réalisées dans
différentes stations du réseau international de surveillance de la moyenne atmosphère NDACC et
certaines séries d’observation couvrent près de 3 décennies.
Des analyses statistiques multi-variables seront réalisées à partir des mesures effectuées dans
trois stations françaises multi-instrumentées et une station argentine (OHP, La Réunion, Dumont
d’Urville et Rio Gallegos). Les différentes séries de mesure seront utilisées avec des paramètres
issus des ré-analyses météorologiques pour évaluer la variabilité interannuelle et long-terme de
l’ozone et des paramètres associés. Elles seront comparées aux séries de mesures satellitaires
disponibles autour des stations et aux simulations à long-terme issues du modèle de chimietransport REPROBUS réalisées au laboratoire.
Enfin, l’impact des GES sur l’évolution de l’ozone sera analysé à l’aide du modèle de climat de
l’IPSL LMDz-REPROBUS suivant les différents scénarios de changement climatique. Les
simulations seront comparées aux mesures sol et satellitaires afin d’en évaluer la validité.
Dans le cas des mesures obtenues à La Réunion et Rio Gallegos, les études seront réalisées en
collaboration avec les laboratoires en charge de ces stations.
Références :
WMO, Global Ozone Research and Monitoring Project, Scientific Assessment of Ozone
Depletion, Report 55, 2014
Collaborations dans le cadre de cette thèse: Thierry Portafaix (LACy), Philippe Keckhut
(LATMOS), Sergey Khaykin (LATMOS), S. Bekki (LATMOS), M. Marchand (LATMOS), F.
Lefèvre (LATMOS), C. Claud (LMD), E. Wolfram (IFAECI - UMI 3351), J. Salvador (IFAECI UMI 3351), et E. Quel (IFAECI - UMI 3351).
• Type de financement autre que ED 129, précisez si envisageable ou acquis (CNES,
CEA, ADEME etc…) :
Non
• Encadrement :
. Liste des autres doctorants que vous encadrez au 1er janvier 2017
(Nom, Université d’inscription, type de financement, date de soutenance envisagée)
Kevin Lamy, Université de la Réunion, co-encadrement, directeur de thèse Hassan Bencherif
(LACy), co-encadrant LACy : Thierry Portafaix