Thèse Évaluation de l'Évolution Chimique des Panaches Issus de la Combustion de Biomasse à l'Aide de Campagnes Aériennes et d'Observations Satellitaires H/F

Doctorat_Gouv

Établissement : Université d'Orléans
École doctorale : Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU
Laboratoire de recherche : LPC2E - Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace
Direction de la thèse : Gisèle TONG ORCID 0000000347628471
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-20T23:59:59

Les feux de forêt et la combustion de biomasse sont de plus en plus fréquents et intenses à l'échelle mondiale, y compris en Europe. Les saisons de feux récentes, telles que 2017, 2022 et 2025, ont fortement affecté le sud de l'Europe, dégradant la qualité de l'air et modifiant la composition atmosphérique bien au-delà des zones incendiées. Favorisés par la sécheresse, l'augmentation des températures et le changement climatique, ces événements émettent de grandes quantités de gaz traces (CH, CO, CO, NO, COV) et de particules fines, formant des panaches chimiquement complexes et hautement réactifs. Ces panaches influencent les niveaux d'oxydants, la formation d'aérosols secondaires et la qualité de l'air régionale. Toutefois, de fortes incertitudes subsistent concernant la formation et l'évolution de l'ozone et des aérosols secondaires lors du vieillissement et de la dispersion des panaches. L'identification des facteurs de contrôle - type et humidité de la végétation, intensité et phase de combustion, hauteur d'injection, interactions avec d'autres sources - est essentielle pour mieux comprendre ces processus.
Des mesures ciblées de gaz traces réactifs (NO, NO, CO, CO, CH) et d'aérosols sont nécessaires. Des rapports tels que l'efficacité de combustion modifiée (MCE), O/CO, NO/CO et Ox/NOz permettent de caractériser les conditions de combustion, la réactivité chimique et l'efficacité de production de l'ozone au sein des panaches. Ces paramètres sont accessibles grâce aux campagnes aéroportées, qui offrent une description à haute résolution de la structure et de la composition des panaches.

Les campagnes de terrain étant limitées dans le temps et l'espace, les observations satellitaires sont indispensables pour étendre l'analyse à de plus grandes échelles. Cependant, les restitutions satellitaires sont affectées par des interférences spectrales et par la variabilité atmosphérique (vapeur d'eau, nuages, fumées denses, aérosols). Les panaches riches en aérosols sont particulièrement complexes, car l'absorption et la diffusion par les particules peuvent biaiser la détection des gaz, notamment par des instruments tels que IASI. Les comparaisons entre observations in situ et satellitaires sont donc essentielles pour évaluer la cohérence des données et améliorer les méthodes de restitution. Une caractérisation précise des aérosols est également cruciale, ceux-ci influençant à la fois la chimie atmosphérique et la détection des gaz. Des mesures coordonnées issues de campagnes aéroportées et de missions satellitaires (EarthCARE, MTG/FCI) permettront d'évaluer le rôle des aérosols dans la chimie et le transport des panaches.
Cette thèse s'inscrit dans le programme EUBURN, coordonné par le CNRM (Météo-France/INSU), qui vise à documenter et modéliser les interactions biomasse-feu-atmosphère à l'échelle de l'Europe de l'Ouest. Regroupant plus de 30 partenaires, EUBURN comprend plusieurs campagnes estivales entre 2025 et 2027, mobilisant avions, drones, ballons et sites au sol.
Dans ce cadre, la thèse portera sur : (1) l'analyse de mesures in situ, (2) l'utilisation de rapports traceurs et diagnostics chimiques, (3) la comparaison avec les données satellitaires, (4) l'étude des interactions aérosols-gaz, et (5) la synthèse des résultats et l'appui à la modélisation. Cette approche intégrée constituera le coeur du travail doctoral.

L'augmentation de la fréquence et de l'intensité des feux de forêt en Europe, en lien avec le changement climatique, constitue un enjeu majeur pour la qualité de l'air et la santé humaine. Les panaches issus de la combustion de biomasse sont des systèmes chimiques complexes, dont l'évolution dépend à la fois des conditions de combustion, des caractéristiques des aérosols et des interactions avec l'atmosphère environnante. Les campagnes de terrain permettent une caractérisation détaillée mais restent spatialement et temporellement limitées, tandis que les observations satellitaires offrent une couverture étendue mais sont affectées par des incertitudes, notamment en présence de panaches riches en aérosols. Le programme EUBURN vise à combler ces lacunes par une approche intégrée combinant mesures in situ, observations satellitaires et modélisation.

Caractériser la composition chimique des panaches de feux de biomasse
Étudier la formation et l'évolution de l'ozone et des aérosols secondaires
Identifier les facteurs contrôlant la réactivité chimique des panaches
Évaluer l'impact des aérosols sur les restitutions satellitaires des gaz
Améliorer l'interprétation conjointe des observations in situ et satellitaires

Analyse de mesures in situ de gaz traces et d'aérosols issues de campagnes aéroportées
Utilisation de rapports traceurs et diagnostics chimiques (MCE, O/CO, NO/CO, Ox/NOz)
Comparaison systématique avec des observations satellitaires (IASI, EarthCARE, MTG/FCI)
Étude des interactions aérosols-gaz et de leurs effets sur la chimie et la télédétection
Appui à l'interprétation et à l'évaluation des modèles atmosphériques