Description du sujet de thèse

En Afrique centrale équatoriale, la convection profonde joue un rôle clé dans l'équilibre énergétique et le cycle de l'eau, en produisant une grande partie des précipitations. La saisonnalité des précipitations, en particulier la durée des saisons sèches et humides, l'intensité et la quantité des précipitations sont des paramètres clef de la composition et la structure des forêts d’Afrique Centrale. A l’échelle globale, cette région représente environ 50 % des aérosols issus de la combustion de biomasse, principalement émis pendant la saison sèche de juin à septembre. Ces aérosols ont un impact important sur le cycle hydrologique et le bilan radiatif, à la fois directement et indirectement, par le biais de modifications du rayonnement solaire, de la stabilité atmosphérique, des processus de convection ainsi que des propriétés nuageuses. Le but de cette thèse est donc d’étudier l'impact des aérosols émis par les feux de biomasse sur les propriétés thermodynamiques de la troposphère, des nuages et de la convection en Afrique Centrale. Ces interactions seront étudiées à l'aide de la modélisation régionale à haute résolution en lien avec les mesures in-situ qui seront obtenues dans le cadre d'une campagne de terrain en Afrique Centrale (projet BACCOPA). En parallèle, les données satellitaires seront également utilisées pour évaluer les exercices de modélisation.

Contexte de travail

Le but de cette thèse est d’étudier l'impact des aérosols émis par les feux de biomasse sur les propriétés thermodynamiques de la troposphère, des nuages et de la convection en Afrique Centrale.
En Afrique centrale équatoriale, la convection profonde joue un rôle clé dans l'équilibre énergétique et le cycle de l'eau, en produisant une grande partie des précipitations. La saisonnalité des précipitations en particulier la durée des saisons sèches et humides, l'intensité et la quantité des précipitations sont des paramètres clef de la composition et la structure des forêts d’Afrique Centrale. A l’échelle globale, cette région représente environ 50 % des aérosols issus de la combustion de biomasse, principalement émis pendant la saison sèche de juin à septembre [Van der Werf et al., 2006]. Ces aérosols ont un impact important sur le cycle hydrologique et le bilan radiatif, à la fois directement et indirectement, par le biais de modifications du rayonnement solaire, de la stabilité atmosphérique, des processus de convection ainsi que des propriétés nuageuses. La difficulté associée à l'étude de ces impacts est liée aux nombreux processus complexes impliquant les aérosols, et qui interviennent à différentes échelles spatiales et temporelles. Actuellement, ces interactions entre les aérosols et les systèmes convectifs restent l'une des principales sources d'incertitude dans la compréhension de l’effet radiatif indirect des aérosols sur le climat.

Le premier processus important est directement lié à la capacité des aérosols de feux de biomasse à agir comme des noyaux de condensation (CCN) [Petters et al., 2009], et donc à moduler la convection et les précipitations associées (effet radiatif indirect). En outre, les panaches de feux de biomasse absorbent fortement le rayonnement solaire [Mallet et al., 2021], induisant un réchauffement atmosphérique qui tend à stratifier la basse troposphère (effets direct et semi-direct), pouvant potentiellement modifier la convection et les précipitations associées [Tosca et al., 2015]. En parallèle, la diminution du rayonnement solaire reçu à la surface peut également affecter les flux de chaleur latente entre la surface et l’atmosphère et donc les sources d'humidité [Mallet et al., 2020]. Jusqu'à présent, très peu d'attention a été accordée au rôle des aérosols issus de la combustion de la biomasse sur le rayonnement, la convection, les précipitations et le cycle hydrologique sur la région de l’Afrique centrale équatoriale. Dans ce cadre, le projet BACCOPA (Biomass-burning Aerosol, Clouds, COnvection and Precipitation in central equatorial Africa) a été développé afin d’améliorer notre compréhension des interactions aérosols-nuages-convection en Afrique centrale et leur impact sur son climat.

La personne recrutée sera chargée de développer et étudier ces interactions aux échelles saisonnières/climatiques à l’aide de la modélisation régionale à la résolution kilométrique (modèle climatique régional AROME, Caillaud et al. 2021). Ces interactions entre les aérosols, le rayonnement et les nuages convectifs sont très complexes et les modèles régionaux à haute résolution représentent des outils originaux pour aborder ces questions scientifiques à l'échelle saisonnière et climatique. En effet, grâce à la prise en compte à la fois des effets radiatif direct et semi-direct mais également indirect des aérosols grâce au schéma interactif d’aérosols TACTIC (Nabat et al. 2020) couplé au schéma microphysique à deux moments LIMA (Vié et al. 2016)., cet outil numérique permettra d’étudier les principaux impacts de manière détaillée. Les simulations réalisées à l’aide du modèle régional AROME seront évaluées à l’aide des observations issues de la campagne de terrain prévue en septembre 2026 mais également en utilisant les observations satellitaires (capteurs EarthCare, 3MI ou MTG).

Cette thèse sera réalisée dans le cadre du projet ANR BACCOPA (https://anr.fr/Projet-ANR-23-CE01-0013)

Contraintes et risques

Pas de contrainte particulière. Travail sur écran.