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PILON


Transport et élimination des radionucléides naturels par les processus nuageux : Mécanismes et représentation dans un modèle de climat

26-03-2013

Membres du jury :
Mme Céline Mari, Laboratoire d'Aérologie ;
Mme Hélène Chepfer ;
M Johannes Quaas, University of Leipzig ;
M Philippe Bousquet, LSCE ;
M Jean-Marcel Pirou, CNRM ;
M Jean-Yves Grandpeix, LMD ;
M Philippe Heinrich, CEA

Résumé :
Cette thèse porte sur l’étude de la répartition des radionucléides dans l’atmosphère et de sa variabilité spatiale et temporelle. Les radionucléides objets de cette étude sont ceux mesurés par les stations du système de surveillance international (IMS) de l’Organisation du traité d’interdiction complète des essais nucléaires, et plus particulièrement les deux radionucléides naturels, béryllium-7 et plomb-210, fréquemment utilisés dans l’étude du transport atmosphérique.
L’outil principal est le modèle de circulation générale LMDz. Les tropiques constituent la région dont les concentrations à la surface sont le plus mal simulées par le modèle LDMz. Ce désaccord entre les mesures et les simulations met en évidence le besoin d’une meilleure représentation du transport dans les systèmes convectifs et une meilleure compréhension des processus physiques représentés dans le modèle.
Pour cela, nous avons développé une paramétrisation du transport des radionucléides et de leur élimination par la condensation à l’intérieur des nuages convectifs profonds et par les précipitations. Cette paramétrisation suit au plus près le modèle convectif d’Emanuel. Elle a été développée dans la version unicolonne du modèle de climat LMDz et mise au point principalement à l’aide du 7Be.
Grâce à sa source située dans la haute troposphère et la stratosphère, ce traceur est très utile pour évaluer les processus qui redistribuent verticalement le radionucléide : d’une part son absorption par les gouttes d’eau et sa libération ultérieure lors de l’évaporation de ces dernières et, d’autre part, son transport dans les divers courants de la convection profonde. Ce traceur permet aussi d’avoir regard sur les mécanismes mis en jeu dans les nuages stratiformes et sur l’effet des précipitations associées et de leur évaporation.
L’analyse des différents processus affectant la distribution des traceurs dans le modèle 1D montre comment les processus convectifs et de précipitations de grande échelle combinent leurs effets. Les descentes précipitantes de la convection profonde déplacent du 7Be au voisinage de la surface et en déposent peu dans la troposphère moyenne, contrairement aux pluies de grande échelle qui éliminent le 7Be de toute la troposphère lorsqu’elles sont fortes et peuvent en restituer dans toute l’épaisseur de la troposphère lorsqu’elles sont faibles et soumises à une forte évaporation. Elles sont ainsi les principales sources de variabilité de la concentration simulée de 7Be, en particulier au voisinage de la surface. La pertinence de cette analyse semble confirmée par l’accord entre simulation 1D et observations de la dépendance de la concentration de 7Be mesurée à la station de Darwin (Australie) sur les phases de la MJO.
De plus, le 7Be est adéquat pour tester la physique du modèle LMDz. En effet, la proportion relative de précipitations convectives et stratiformes dans le modèle, qui est usuellement difficile à valider puisqu’elle ne correspond pas à des grandeurs observables, affecte directement la concentration de 7Be à la surface et peut être confrontée aux observations au sol. Ainsi notre modèle de transport et lessivage fournit un moyen d’évaluation du fonctionnement de la physique du modèle à partir de mesures à la surface
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