Thèse Caractérisation Physico-Chimique des Panaches de Feux de Végétation à Partir d'Observations In Situ Satellites et de Modélisation H/F

Doctorat_Gouv

Établissement : Université de Toulouse
École doctorale : SDU2E - Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace
Laboratoire de recherche : LAERO - Laboratoire d'Aérologie
Direction de la thèse : Valérie THOURET ORCID 0000000279221361
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59

Les feux de végétation représentent aujourd'hui une source majeure de polluants atmosphériques et de gaz à effet de serre à l'échelle mondiale. Leur fréquence, leur intensité et leur extension spatiale ont fortement augmenté au cours des dernières décennies sous l'effet du changement climatique, des sécheresses accrues et des vagues de chaleur plus fréquentes. Les panaches générés par ces feux, riches en gaz traces et en aérosols, peuvent être transportés sur de longues distances et affecter la qualité de l'air, la chimie atmosphérique et le climat à des échelles régionales à globales. Malgré leur importance croissante, l'évolution chimique de ces panaches et leur contribution aux bilans de l'ozone troposphérique et des gaz à effet de serre restent encore mal quantifiées.
Cette thèse vise à caractériser la composition physico-chimique, l'évolution et le transport des panaches issus des feux de végétation, ainsi qu'à évaluer leur impact sur la composition atmosphérique régionale et globale. Elle s'appuie sur les observations in situ uniques fournies par l'infrastructure de recherche IAGOS, qui mesure régulièrement O, CO, NOx, CO et CH à bord d'avions commerciaux, sur de vastes régions de l'hémisphère Nord et Sud.
Les panaches de feux seront identifiés et caractérisés à partir de signatures chimiques observées par IAGOS, combinées à des outils d'attribution des masses d'air (SOFT-IO) et à des bases de données d'événements de feux. L'évolution chimique des panaches sera étudiée, en particulier les processus d'oxydation du CO et du CH, la formation photochimique de l'ozone et le rôle des NOx dans différents régimes chimiques. Le transport et la dispersion des panaches seront analysés à l'aide de modèles lagrangiens (FLEXPART) et de modèles de chimie-transport globaux ou régionaux (GEOS-Chem, WRF-Chem ou Méso-NH).
Les observations satellitaires (CO, CH, NO, HCHO, AOD, détection des feux) seront intégrées afin de compléter les mesures in situ, de contraindre les émissions et de valider les simulations. Une analyse comparative entre différentes régions du globe permettra d'évaluer la variabilité saisonnière et interannuelle des panaches et leur lien avec le climat et les grands modes de variabilité climatique. Les résultats attendus incluent une meilleure quantification de l'impact des feux de végétation sur la composition atmosphérique et une amélioration de la représentation de ces processus dans les modèles.

Les feux de végétation constituent aujourd'hui l'une des principales sources d'émissions de polluants atmosphériques et de gaz à effet de serre à l'échelle globale. Leur fréquence, leur intensité et leur extension spatiale ont fortement augmenté au cours des dernières décennies, en lien direct avec le changement climatique, l'augmentation des sécheresses et la multiplication des vagues de chaleur. Des régions telles que l'Ouest nord-américain, le Canada, la Sibérie, l'Amazonie ou encore l'Australie sont désormais régulièrement affectées par des épisodes de feux extrêmes.
Ces événements génèrent des panaches de fumée massifs, riches en gaz traces et en aérosols, capables de se propager sur des milliers de kilomètres et d'influencer la qualité de l'air, la santé humaine, la chimie atmosphérique et le climat à des échelles régionales voire globales. Malgré leur importance croissante, les processus gouvernant l'évolution chimique des panaches de feux, leur transport, ainsi que leur contribution aux bilans de l'ozone troposphérique et des gaz à effet de serre restent encore mal quantifiés.
L'Infrastructure de Recherche IAGOS (In-service Aircraft for a Global Observing System) offre un jeu de données in situ unique, avec des mesures régulières de gaz traces (O, CO, NOx, CO, CH) effectuées à différentes altitudes, sur de larges portions de l'hémisphère Nord et Sud. Ces observations, combinées aux données satellitaires et à des modèles de transport et de chimie atmosphérique, constituent une opportunité exceptionnelle pour étudier de manière intégrée la composition, l'évolution chimique et la dynamique des panaches de feux à l'échelle globale.

L'objectif général de cette thèse est de mieux comprendre la composition chimique, l'évolution et le transport des panaches issus des feux de végétation, et d'évaluer leur impact sur la composition atmosphérique régionale et globale.

1. Analyse des observations IAGOS
Sélection des vols IAGOS survolant ou à proximité de régions affectées par de grands feux.
Analyse des profils verticaux et séries temporelles de O, CO, NOx, CO et CH.
Détection et classification des panaches de feux à partir de signatures chimiques et de ratios traceurs.
Analyse statistique des caractéristiques chimiques des panaches (intensité, âge, variabilités régionales et saisonnières).

2. Origine des panaches
Utilisation de l'outil SOFT-IO pour identifier l'origine géographique des masses d'air.
Croisement avec les bases de données d'événements de feux et les produits satellitaires.

3. Complément par observations satellitaires
Exploitation des produits satellitaires (TROPOMI, IASI, MOPITT, MODIS, TEMPO) pour CO, CH, NO, O, HCHO et AOD. Exploitation d'autres données in situ enregistrées lors de campagnes dédiées (EU-BURN par exemple)
Comparaison et combinaison des observations in situ et satellitaires pour cartographier l'extension spatiale et verticale des panaches.

4. Modélisation du transport et de la chimie
Simulations lagrangiennes (FLEXPART, SOFT-IO) pour reconstruire les trajectoires et estimer les temps de transport.
Simulations avec des modèles de chimie-transport (GEOS-Chem, WRF-Chem ou Méso-NH) pour étudier l'évolution chimique des panaches.
Tests de sensibilité sur les émissions de feux, la météorologie et les mécanismes chimiques.

5. Analyse comparative et climat
Comparaison des panaches entre différentes régions du globe.
Analyse des effets saisonniers, météorologiques et climatiques.
Étude de la variabilité interannuelle et des tendances en lien avec les indices climatiques.