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MEMBRIVE

Olivier Membrive

vendredi 16 décembre 2016

Membres du jury :
M. François Ravetta (Professeur des Universités – UPMC) Président
Mme. Virginie Marécal (Directrice de recherche – CNRM) Rapporteur
M. Emmanuel Rivière (Maître de conférences – URCA) Rapporteur
M. Fabrice Jegou (Chargé de recherche – LPC2E) Examinateur
Mme. Marielle Saunois (Maître de conférences – UVSQ) Examinatrice
M. André Vargas (Ingénieur CNES) Examinateur
Mme. Laurence Picon (Professeur des Universités – UPMC) Directrice de thèse
M. Cyril Crevoisier (Chargé de recherche – LMD) Co-directeur de thèse

Caractérisation de la distribution verticale des gaz à effet de serre CO2 et CH4 par mesures sous ballons. Application à la validation d’observations satellites.

Suivre et comprendre l’évolution des deux principaux gaz à effet de serre anthropogéniques (le dioxyde de carbone (CO2) et le méthane (CH4)) sont des enjeux majeurs pour les sciences du climat. Au cours des dernières décennies, l’augmentation du nombre et de la diversité des observations (réseaux de stations de mesures en surface, mesures aéroportées, observations satellitaires) ainsi que l’amélioration de la qualité des modèles de chimie-transports atmosphériques ont contribué à développer notre compréhension des cycles biogéochimiques associés à ces gaz. Néanmoins, les observations précises le long de la verticale sont encore très limitées. Elles deviennent pourtant indispensables, d’une part, pour approfondir nos connaissances dans le transport de CO2 et CH4, d’autre part, pour évaluer les colonnes totales ou partielles mesurées par satellites.
Dans cette thèse, nous présentons un instrument innovant appelé “AirCore” permettant d’échantillonner l’air en continu le long d’une colonne atmosphérique lors d’une descente depuis haute altitude. L’analyse du contenu en CO2 et CH4 de l’échantillon prélevé par un AirCore combiné aux mesures des paramètres d’environnement (Pression, température...) par une électronique embarquée permet de remonter à des profils verticaux de la surface à 30 km.
Initialement inventé à la NOAA, différents AirCores donnant accès à différentes résolutions verticales ont été développés au LMD et déployés avec succès lors des campagnes ballons Strato-Sciences 2014, 2015 et 2016 du CNES. L’accord remarquable retrouvé entre les profils acquis avec des AirCores différents lors de mêmes vols a démontré la répétabilité des mesures et permis de valider les calculs théoriques de résolution verticale. Les mesures réalisées simultanément par des instruments indépendants ont confirmé que les AirCores permettent d’accéder à la variabilité verticale du CO2 et du CH4.
Les profils verticaux de AirCores ont permis de valider les estimations de colonnes partielles de CH4 réalisées avec l’instrument IASI/Metop et de mettre en évidence la nécessité de disposer de l’ensemble du profil. Des comparaisons ont été menées avec des profils troposphériques obtenus lors de campagnes aéroportées (HIPPO), ou avec des profils issus de modèles de transports (LMDz, TM5) ou de prévisions (CAMS). Les résultats ont démontré l’importance d’une bonne caractérisation de la stratosphère pour les activités de calibration/validation des mesures satellites et, plus généralement, l’étude des gaz à effet de serre.
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