Thèse de doctorat : Impacts sur la dynamique atmosphérique et détectabilité de la géo-ingénierie par des injections d’aérosols dans la stratosphère dans des scénarios idéalisés et contraints par la géopolitique (H/F)

Description du Poste

Sujet De Thèse

Cette thèse, financée par l’ANR (PEPR TRACCS, projet GEOSIC), vise à étudier l’impact de la géo-ingénierie solaire sur la dynamique atmosphérique. La géo-ingénierie solaire (SRM) englobe des propositions de méthodes pour atténuer certains des impacts du changement climatique, mais elle n’agit pas sur la cause de celui-ci. La SRM est majoritairement étudiée avec la modélisation climatique, et la faisabilité d’un déploiement reste actuellement incertaine. Néanmoins, elle est aussi maintenant entrée dans les discussions politiques, suscitant des questionnements auxquels il faudra répondre avec des connaissances scientifiques. La méthode d’injections d’aérosols dans la stratosphère (SAI) vise à renforcer la couche d’aérosols stratosphérique, par exemple via l’injections de SO2 gazeux qui ensuite se transforme en aérosols sulfatés. Les variations de cette couche d’aérosols peuvent modifier la structure thermique et la circulation stratosphériques, ayant des impacts dynamiques à l’échelle globale. Ces impacts peuvent être manifestés par des changements dans la QBO, la mousson, la NAO et le vortex polaire, par exemple.
Ce projet de thèse utilisera le modèle de climat de l’IPSL (IPSL-CM) pour étudier et analyser l’impact potentiel du SAI sur la dynamique atmosphérique et la détectabilité du déploiement du SAI. L’IPSL-CM contient un module de microphysique des aérosols stratosphériques. Il a récemment a été couplé avec un « contrôleur » qui permet de simuler des acteurs déployant la SAI en optimisant les injections afin d’atteindre un objectif climatique spécifique : par exemple, température globale, précipitations dans l’hémisphère Nord, et cetera. En particulier, le projet inclut l’intégration des scenarios de déploiement élaborés avec des contraintes venant des sciences humaines et sociales (droit, gouvernance, sécurité) dans la modélisation climatique, et l’impact de tels scenarios SAI sur le système climatique. Ces scenarios seront mis en place dans les simulations via le contrôleur mentionné ci-dessus.
La thèse inclut de la modélisation climatique avec l’IPSL-CM en utilisant des scenarios SAI « classiques » telle que ceux issus de l’exercice d’intercomparaison de modèles GeoMIP et des scenarios SAI développés dans cadre du projet GEOSIC, et l’analyse des résultats pour quantifier les sources des changements des différents phénomènes dynamiques. Un simulateur d’observations (lidar par exemple) sera mis en place pour étudier la détectabilité des déploiements initiaux très faibles, identifier des seuils de détection des instruments actuels et évaluer les besoins pour des instruments futurs.
Le/la doctorant(e) prendra en main le modèle climatique de l’IPSL, l’IPSL-CM, et effectuera les simulations nécessaires, incluant des simulations de calibration du contrôleur. Les simulations GeoMIP du CMIP6 seront également à disposition pour effectuer les premières analyses dynamiques en attendant les nouvelles simulations. Le/la doctorant(e) utilisera et développera des scripts Python pour l’analyse des résultats et pourra participer au développement des codes comme le simulateur d’observations et l’amélioration du contrôleur.
La thèse proposée étudiera les impacts du déploiement des SAI à travers l'analyse d'expériences de modélisation, soit basées sur des simulations GeoMIP, soit en réalisant différentes expériences sur des scénarios ad hoc développés par des chercheurs dans le projet GEOSIC et basés sur des recherches en géopolitique. Nous mettrons en œuvre les scénarios développés sur le déploiement des SAI dans un modèle climatique couplé à un module de contrôle (PID) afin de simuler de manière quantitative les systèmes de gouvernance possibles et d'évaluer leur niveau de résilience. Le module de contrôle a déjà été couplé à un modèle climatique simplifié qui a été utilisé pour tester des scénarios de déploiement non coordonnés par deux acteurs (Boucher et al. 2024, Määttänen et al. 2026). En 2025, le module de contrôle a été couplé au modèle climatique de l'IPSL (Boucher et al. 2020) afin de permettre la simulation du déploiement de la SAI par plusieurs acteurs ayant des objectifs climatiques différents à l'aide d'un modèle climatique couplé. Les scénarios utilisés impliquent des acteurs qui peuvent ou non communiquer/s'accorder sur les actions et avoir/ne pas avoir d'objectifs communs, sur la base des scénarios de gouvernance issus du GEOSIC.
La thèse de doctorat bénéficiera de deux séries de simulations : 1) les expériences GeoMIP standardisées réalisées pendant le CMIP6 et pour le Fast Track du CMIP7 avec le modèle IPSL, et 2) les expériences ad hoc conçues pendant le projet GEOSIC (y compris une série de simulations pour calibrer les paramètres du contrôleur). La disponibilité des simulations GeoMIP permet au doctorant de commencer et de développer l'analyse de la dynamique atmosphérique dès le début, mais il réalisera également de nouvelles simulations sur les expériences géopolitiquement pertinentes au cours du projet.
L'analyse documentera d'abord comment les modèles de circulation générale (jets, distribution des températures et des précipitations) sont affectés par le SAI et varient en fonction des différentes stratégies SAI. Des variations substantielles sont en effet attendues (par exemple, Bednarz et al. 2023). Ensuite, l'étude se concentrera sur la quantification et la compréhension des impacts sur la circulation de retournement stratosphérique (circulation de Brewer-Dobson) et l'oscillation quasi-biennale des vents stratosphériques tropicaux. Le LMDZ est l'un des rares modèles climatiques globaux (MCG) à présenter une QBO réaliste et une circulation stratosphérique dans le climat actuel, ce qui permet d'étudier ces effets. Les impacts des « chocs de terminaison » potentiels dans les simulations seront étudiés en détail.
Une analyse détaillée du bilan de momentum des simulations dans le cadre de la moyenne eulérienne transformée (Andrews et al., 1989) sera effectuée afin d'évaluer les différentes contributions aux changements dans la circulation, en particulier pour démêler les effets directs du bilan de rayonnement modifié et de la structure du taux de réchauffement sur les courants ascendants et descendants et l'advection verticale de momentum associée, des rétroactions indirectes dues aux changements dans la propagation ou l'excitation des ondes de Rossby à grande échelle. Cette meilleure compréhension nous fournira un modèle conceptuel de la réponse de la circulation stratosphérique à la SAI. Le QBO a de multiples téléconnexions avec la NAO, l'état du vortex polaire et la convection troposphérique, et cette analyse permettra de mieux comprendre les changements de circulation générale dus à la SAI.
La thèse abordera également la question de la détectabilité du déploiement de la SAI dans les différentes expériences, alimentant ainsi les axes de recherche du projet GEOSIC sur les tensions géopolitiques que le déploiement de la SAI pourrait susciter. À cette fin, nous mettrons en œuvre deux simulateurs d'instruments satellitaires : un simulateur de lidar spatial et un simulateur de limbe-sondeur, en utilisant des simulations de transfert radiatif dédiées correspondant aux instruments existants ou proposés. Les mesures virtuelles seront comparées aux niveaux de bruit attendus et à la variabilité naturelle observée.
Enfin, cette thèse permettra de nourrir les dernières étapes du projet GEOSIC par le biais de l’analyse des résultats des scénarios de déploiement SAI (par personnel dédié) pour étudier leurs impacts sur la sécurité nationale en France (défense, agriculture, ressources en eau...).

La/le candidat(e) doit avoir une formation en physique, en particulier en physique de l'atmosphère ou un domaine similaire, et de l’expérience en modélisation et programmation. De bonnes capacités de travail autonome et de travail en équipe sont attendues, ainsi que de bonnes capacités d’organisation et de rédaction scientifique. Familiarité avec linux/unix est un atout.

Votre Environnement de Travail

La thèse est financée par l’ANR via le programme prioritaire PEPR TRACCS dans le projet lauréat GEOSIC (Géopolitique et sciences de l’intervention climatique).
Le/la doctorant(e) travaillera au LATMOS à Jussieu et sera co-encadré(e) entre le LATMOS (A. Määttänen) et le LMD (A. Podglajen), et travaillera dans une équipe de chercheurs spécialistes de la physique de l’atmosphère et des ingénieurs de recherche experts en modélisation et interagira avec une équipe plus large et interdisciplinaire dans le projet GEOSIC.
Des collaborations sont envisagées au sein du projet GEOSIC, avec un postdoc en droit international et l’équipe autour de lui qui conduira l’élaboration des scenarios de déploiement du SAI, et avec le groupe de modélisateurs du projet. Au sein de l’IPSL, une collaboration est envisagée avec l’équipe de P. Sellitto (LISA) sur la détectabilité du SAI. D’autres collaborations sont envisagées dans la communauté GeoMIP avec des groupes de modélisateurs à l’international pour participer à des réflexions autour de la dynamique atmosphérique lors du déploiement du SAI.
Les travaux et les résultats seront publiés dans des journaux scientifiques à comité de lecture et présentés dans des conférences internationales. Présentations dans des réunions et webinaires du projet GEOSIC et du programme PEPR TRACCS sont également prévues. Les principes de la science ouverte seront respectés (publication en accès ouvert).
L’ouverture internationale du projet de thèse sera assurée par des présentations dans des conférences internationales et des publications dans des journaux scientifiques. La participation du/de la doctorant(e) aux événements des réseaux internationaux comme GeoMIP sera encouragé par les encadrants. Toute autre possibilité, par exemple des visites de recherche courtes ou la création de nouvelles collaborations, sera saisie quand possible.
Le/la doctorant(e) aura à disposition un ordinateur portable et les infrastructures informatiques du LATMOS, de l’IPSL (mesocentre ESPRI) et des centres de calcul nationaux où les simulations climatiques seront effectuées (comme TGCC du CEA). Le projet GEOSIC contient des crédits pour accompagner la thèse (missions et autres frais).
Validation du/de la candidat(e) par le Fonctionnaire Sécurité Défense est obligatoire.
Les auditions des candidatures retenues ont probablement lieu le 22 avril (matin).

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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