Les travaux de thèse présentés s'inscrivent dans la problématique environnementale actuelle. Depuis la fin du siècle dernier, il a été constaté, que l'industrialisation et l'augmentation des émissions de polluants anthropiques en zone troposphérique, ont provoqué la mise en place de phénomènes de pollution photochimique ayant pour conséquences la détérioration de l'atmosphère et de l'environnement. L'étude suivante a pour but de mettre en place un indice de Dangerosité Potentielle de l'Atmosphère visant à prédire l'évolution chimique d'une masse d'air troposphérique et sa capacité à former et à accumuler de l'ozone selon des conditions optimales de réactivités photochimiques. L'étude, l'élaboration et l'évaluation de l'indice ont été effectuées suite au développement d'un système DPA. Ce dernier est composé, d'une part d'un réacteur de photocatalyse sur TiO2 reproduisant partiellement les réactions photochimiques troposphériques existantes et, d'autre part, de deux cellules de mesures atmosphériques basées sur des capteurs semi-conducteurs ou électrochimiques permettant de suivre chimiquement les polluants troposphériques au cours de la photocatalyse.<br />La validation du système DPA a été réalisée en se basant sur l'étude de la photocatalyse avec un polluant cible (toluène) dans une phase gazeuse constituée d'air. Les observations et résultats obtenus ont permis l'élaboration d'un premier indice DPA. Celui-ci est composé de trois sous-indices qui caractérisent respectivement la pollution de fond, la capacité oxydante de l'atmosphère et la formation ainsi que l'accumulation d'ozone. Le mode de calcul de l'indice DPA, pour être validé à l'aide de valeurs expérimentales réelles, a été adapté aux données chimiques des AASQA. Les résultats obtenus montrent que l'indice DPA peut prévoir avec une à deux heures d'avance les augmentations locales des concentrations en ozone. <br />Après développement et optimisation, l'indice DPA pourrait devenir un outil d'évaluation aussi bien des émissions polluantes urbaines ou industrielles que de la qualité de l'air intérieur.

Le travail établit un diagnostique objectif de la fiabilité des données de réanalyse du NCEP/NCAR en Afrique tropicale aux échelles intra-saisonnière à interannuelle. Les réanalyses sont une base de données originale, disponible sur la période 1958-1998, combinant des données d'observations et des sorties de modèle atmosphérique, qui permet d'appréhender la dynamique atmosphérique à l'échelle globale. L'étude de la fiabilité de ces données nous a permis de dégager un certain nombre de recommandations pour leur utilisation. En Afrique tropicale, la période homogène à extraire pour l'analyse du climat va de 1968 à 1998. Cependant, au sein de cette période, la SMWDA, méthode statistique servant à détecter les ruptures d'homogénéité et à les localiser, a permis de mettre en évidence trois dates majeures: 1976/77, 1983/84 et 1987/88, que l'on retrouve dans un grand nombre de paramètres atmosphériques. Ce sont les paramètres de surface comme les précipitations qui sont le plus touchés par ces ruptures d'homogénéité. Les paramètres atmosphériques les plus fiables parmi les 12 testés sont les paramètres pour lesquels un grand nombre d'observations a été assimilé dans le modèle du NCEP (température de l'air, hauteur géopotentiel, vents ...). En Afrique tropicale, ces paramètres sont représentatifs de champs climatiques réalistes. Ce sont les paramètres liés au cycle hydrologique qui soulèvent le plus d'interrogations notamment du fait de la difficulté pour les valider. L'étude approfondie des précipitations a montré l'importance des écarts entre les réanalyses et l'observation. Les problèmes majeurs identifiés sont la présence de nombreuses ruptures de stationnarité, une sous-estimation marquée de l'amplitude du cycle saisonnier, la présence d'un signal basse fréquence dans les chroniques et l'incohérence dans la variabilité interannuelle. Face à ce constat, les précipitations du NCEP ne peuvent être utilisées dans une étude climatique sur le continent africain.<br />Le thème des téléconnexions entre les principales anomalies de températures de surface océanique (TSO) et la variabilité pluviométrique en Afrique tropicale a été investi afin de déterminer dans quelle mesure les réanalyses permettent d'améliorer les connaissances sur le rôle de la circulation atmosphérique. Les deux signaux océaniques qui ont des relations statistiques fortes avec la pluviométrie en Afrique tropicale sont d'une part les oscillations des TSO du Pacifique équatorial oriental (NINO3) signant le phénomène El Nino Southern Oscillation (ENSO), et d'autre part les variations plus lentes des TSO de l'Atlantique tropical sud (SATL). À l'échelle du continent africain, 5 types de téléconnexions ont été identifiés avec SATL en fonction de l'évolution saisonnière de la relation, et 4 types avec NINO3. Les réanalyses ont été utilisées pour mieux comprendre les mécanismes atmosphériques lors de l'occurence de ces téléconnexions. Pour les saisons des pluies juillet-septembre, octobre-décembre et janvier-mars, des analyses composites ont été réalisées en fonction des années d'occurence de fortes anomalies de TSO et des années anormalement sèches et pluvieuses sur différentes régions d'Afrique tropicale sur la période 1968-1998. La comparaison des différentes composites a permis de mettre en évidence des forçages océano-atmosphériques associés à l'ENSO,via les composantes méridienne et zonale de la circulation divergente de l'atmosphère, ainsi que des forçages océano-atmosphériques plus régionaux indépendamment de l'ENSO et des forçages atmosphériques associés à des conditions de surface continentale.

Des études cinétiques et des analyses de surface ont été effectuées sur la réaction multiphasique entre le gaz NO₂ et des cristaux de NaCl en présence de molécules tensio-actives sous air humide. Ces études de laboratoire contribuent à la validation de processus de chimie atmosphérique suggérés par des campagnes de mesure sur des aérosols d'origine marine. Les vents provoquant des vagues à la surface des océans propulsent de nombreuses gouttelettes d'eau de mer dans la troposphère où elles se déshydratent partiellement et forment l'aérosol marin, constitué de particules de taille micrométrique comportant du NaCl et de nombreux composés mineurs dont des acides gras (stéarique, oléique). Les concentrations en particules peuvent dépasser 20 µg/m³ dans l'air des zones côtières. Des quantités énormes d'oxydes d'azote (NO, NO₂) sont émises actuellement par les transports et le chauffage et leur concentrations peuvent dépasser 100 µg/m³ dans les zones fortement antropisées. Le passage de masses d'air d'origine marine dans des zones fortement urbanisées a des impacts négatifs sur la qualité des eaux continentales par des pluies chargées en nitrates et sur la qualité de l'air par des dégagements de gaz chlorés. La cinétique de la réaction montre que la capture de NO₂ par NaCl est favorisée par une forte humidité de l'air. Par contre un revêtement d'acides gras réduit peu la production de NaNO₃ et l'émission de NOCl. Les études de surfaces par microimagerie Raman polarisée et microscopie à force atomique mettent en évidence des processus de précipitation et de migration de surface dans la production de nanocristaux de NaNO₃ et le faible rôle protecteur des molécules tensio-actives.

L'objet de ce travail est de déterminer les causes de la partition de certains éléments-trace entre les phases aqueuse et insoluble . Ces éléments ont été choisis, d'une part pour leur importance dans les cycles biogéochimiques de la terre, et d'autre part pour leur intérêt dans la compréhension de la chimie de la pluie. Il s'agit des éléments Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Mn, Fe, Cu, Zn et Pb. Pour mener à bien ces recherches, nous avons mis au point des méthodes de travail dans des conditions ultra propres, en insistant particulièrement sur le protocole de lavage du matériel utilisé. Nous décrivons ensuite les méthodes de prélèvement des pluies, de séparation des phases aqueuse et insoluble , et d'analyse des éléments étudiés. Ce développement a été rendu nécessaire pour pouvoir obtenir des données fiables sur les métaux traces. Afin de pouvoir exploiter au mieux les résultats obtenus, nous essayons de déterminer les mécanismes par lesquels la matière s'incorpore dans une goutte de pluie. Puis, en liaison avec les études conjointes sur l'aérosol, nous discutons de l'origine de cette matière et nous en concluons à la prédominance des apports sahariens pour Al, Si, Mn et Fe, et à l'importance des sources de pollution pour Cu, Zn, Pb, le phosphore montrant une origine mixte crustale et de pollution bien partagée. Les sources crustales et de pollution sont toutes suffisamment éloignées du point de prélèvement pour que la matière recueillie ait subi un transport à longue distance. Seule la source mari n e est présente localement. L'étude trajectographique des masses d'air associées à chacune des pluies, confirme à chaque fois la possibilité d'un tel transport, tout en indiquant le caractère presque systématiquement frontal des situations rencontrées. Ainsi, le mélange des polluants en provenance de l'Europe avec les produits de l'érosion éolienne des sols africains se trouve très favorisé dans la zone de front où prend naissance la précipitation. L'étude des balances ioniques et du pH montre alors de manière nette cette incorporation simultanée, dans les gouttes d'eau de pluie, des acides provenant des zones polluées et des composés crustaux (en particulier la calcite) neutralisant cette acidité. Enfin, la partie la plus importante de ce travail concerne la partition entre les phases soluble et insolubl e des éléments choisis. Nous avons pu montrer que certains éléments, comme le phosph o re et le mang a nèse , présentent une fraction d'origine de pollution entièrement soluble se séparant de la fraction crustale très peu soluble, voire insoluble. A l'opposée, l'al u minium e t le fer , d'origine uniquement crustale, sont en équilibre de solubilité avec l e ur hydroxyde situé à la surface des particules solides en suspension, pourvu qu'il ne soit pas entièrement dissous; pour le fer, cet hydroxyde représente en moyenne 15% de sa masse. D'une même f a çon, le c uivre , le zinc et le plomb sont en équilibre d'adsorption-désorption entre la phase aqueuse et des oxydes hydratés de fer, de manganèse ou d'aluminium présents à la surface des particules solides en suspension dans la goutte d'eau de pluie. Ainsi, le devenir des éléments en équilibre dans la goutte de pluie dépendra fortement du milieu récepteur qui, en fixant de nouvelles conditions physico-chimiques, déplacera les équilibres de ces éléments entre les phases solubles et insolubles.

ENGLISH:<p>The natural nitrogen cycle has been and is significantly perturbed by anthropogenic emissions of reactive nitrogen (Nr) compounds into the atmosphere, resulting from our production of energy and food. In the last century global ammonia (NH3) emissions have doubled and represent nowadays more than half of total the Nr emissions. NH3 is also the principal atmospheric base in the atmosphere and rapidly forms aerosols by reaction with acids. It is therefore a species of high relevance for the Earth's environment, climate and human health (Chapter 1). As a short-lived species, NH3 is highly variable in time and space, and while ground based measurements are possible, they are sparse and their spatial coverage is largely heterogeneous. Consequently, global spatial and temporal patterns of NH3 emissions are poorly understood and account for the largest uncertainties in the nitrogen cycle. The aim of this work is to assess distributions and saptiotemporal variability of NH3 using satellite measurements to improve our understanding of its contribution to the global nitrogen cycle and its related effects.<p><p>Recently, satellite instruments have demonstrated their abilities to measure NH3 and to supplement the sparse surface measuring network by providing global total columns daily. The Infrared Atmospheric Sounding Interferometer (IASI), on board MetOp platforms, is measuring NH3 at a high spatiotemporal resolution. IASI circles the Earth in a polar Sun-synchronous orbit, covering the globe twice a day with a circular pixel size of 12km diameter at nadir and with overpass times at 9:30 and 21:30 (local solar time when crossing the equator). An improved retrieval scheme based on the calculation of Hyperspectral Range Index (HRI) is detailed in Chapter 2 and compared with previous retrieval methods. This approach fully exploits the hyperspectral nature of IASI by using a broader spectral range (800-1200 cm-1) where NH3 is optically active. It allows retrieving total columns from IASI spectra globally and twice a day without large computational resources and with an improved detection limit. More specifically the retrieval procedure involves two steps: the calculation of a dimensionless spectral index (HRI) and the conversion of this index into NH3 total columns using look-up tables (LUTs) built from forward radiative transfer simulations under various atmospheric conditions. The retrieval also includes an error characterization of the retrieved column, which is of utmost importance for further analysis and comparisons. Global distributions using five years of data (1 November 2007 to 31 October 2012) from IASI/MetOp-A are presented and analyzed separately for the morning and evening overpasses. The advantage of the HRI-based retrieval scheme over other methods, in particular to identify smaller emission sources and transport patterns over the oceans is shown. The benefit of the high spatial sampling and resolution of IASI is highlighted with the regional distribution over China and the first four-year time series are briefly discussed.<p><p>We evaluate four years (1 January 2008 to 31 December 2011) of IASI-NH3 columns from the morning observations and of LOTOS-EUROS model simulations over Europe and Western Russia. We describe the methodology applied to account for the variable retrieval sensitivity of IASI measurements in Chapter 3. The four year mean distributions highlight three main agricultural hotspots in Europe: The Po Valley, the continental part of Northwestern Europe, and the Ebro Valley. A general good agreement between IASI and LOTOS-EUROS is shown, not only over source regions but also over remote areas and over seas when transport is observed. The yearly analyses reveal that, on average, the measured NH3 columns are higher than the modeled ones. Large discrepancies are observed over industrial areas in Eastern Europe and Russia pointing to underestimated if not missing emissions in the underlying inventories. For the three hotspots areas, we show that the seasonality between IASI and LOTOS-EUROS matches when the sensitivity of the satellite measurements is taken into account. The best agreement is found in the Netherlands, both in magnitude and timing, most likely as the fixed emission timing pattern was determined from experimental data sets from this country. Moreover, comparisons of the daily time series indicate that although the dynamic of the model is in reasonable agreement with the measurements, the model may suffer from a possible misrepresentation of emission timing and magnitude. Overall, the distinct temporal patterns observed for the three sites underline the need for improved timing of emissions. Finally, the study of the Russian fires event of 2010 shows that NH3 modeled plumes are not enough dispersed, which is confirmed with a comparison using in situ measurements.<p><p>Chapter 4 describes the comparisons of IASI-NH3 measurements with several independent ground-based and airborne data sets. Even though the in situ data are sparse, we show that the yearly distributions are broadly consistent. For the monthly analyzes we use ground-based measurements in Europe, China and Africa. Overall, IASI-derived concentrations are in fair agreement but are also characterized by less variability. Statistically significant correlations are found for several sites, but low slopes and high intercepts are calculated in all cases. At least three reasons can explain this: (1) the lack of representativity of the point surface measurement for the large IASI pixel, (2) the use of a single profile shape in the retrieval scheme over land, which does therefore not account for a varying boundary layer height, (3) the impact of the averaging procedure applied to satellite measurements to obtain a consistent quantity to compare with the in situ monthly data. The use of hourly surface measurements and of airborne data sets allows assessing IASI individual observations. Much higher correlation coefficients are found in particular when comparing IASI-derived volume mixing ratio with vertically resolved measurements performed from the NOAA WP-3D airplane during CalNex campaign in 2010. The results demonstrate the need, for validation of the satellite columns, of measurements performed at various altitudes and covering a large part of the satellite footprint.<p><p>The six-year of IASI observations available at the end of this thesis are used to analyze regional time series for the first time (Chapter 5). More precisely, we use the IASI measurements over that period (1 January 2008 to 31 December 2013) to identify seasonal patterns and inter-annual variability at subcontinental scale. This is achieved by looking at global composite seasonal means and monthly time series over 12 regions around the world (Europe, Eastern Russia and Northern Asia, Australia, Mexico, South America, 2 sub-regions for Northern America and South Asia, 3 sub-regions for Africa), considering separately but simultaneously measurements from IASI morning and evening overpasses. The seasonal cycle is inferred for the majority of these regions. The relations between the NH3 atmospheric abundance and emission processes is emphasized at smaller regional scale by extracting at high spatial resolution the global climatology of the month of maxima columns. In some region, the predominance of a single source appears clearly (e.g. agriculture in Europe and North America, fires in central South Africa and South America), while in others a composite of source processes on small scale is demonstrated (e.g. Northern Central Africa and Southwestern Asia).<p><p>Chapter 6 presents the achievements of this thesis, as well as ongoing activities and future perspectives.<p>FRANCAIS:<p>Le cycle naturel de l'azote est fortement perturbé suite aux émissions atmosphériques de composés azotés réactifs (Nr) résultant de nos besoins accrus en énergie et en nourriture. Les émissions d'ammoniac (NH3) ont doublé au cours du siècle dernier, représentant aujourd'hui plus de la moitié des émissions totales de Nr. De plus, le NH3 étant le principal composé basique de notre atmosphère, il réagit rapidement avec les composés acides pour former des aérosols. C'est dès lors un constituant prépondérant pour l'environnement, le climat et la santé publique. Les problématiques environnementales y étant liées sont décrites au Chapitre 1. En tant que gaz en trace le NH3 se caractérise par une importante variabilité spatiale et temporelle. Bien que des mesures in situ soient possibles, elles sont souvent rares et couvrent le globe de façon hétérogène. Il en résulte un manque de connaissance sur l'évolution temporelle et la variabilité spatiale des émissions, ainsi que de leurs amplitudes, qui représentent les plus grandes incertitudes pour le cycle de l'azote (également décrites au Chapitre 1).<p><p>Récemment, les sondeurs spatiaux opérant dans l'infrarouge ont démontré leurs capacités à mesurer le NH3 et par là à compléter le réseau d'observations de surface. Particulièrement, l'Interféromètre Atmosphérique de Sondage Infrarouge (IASI), à bord de la plateforme MetOp, mesure le NH3 à une relativement haute résolution spatiotemporelle. Il couvre le globe deux fois par jour, grâce à son orbite polaire et son balayage autour du nadir, avec un temps de passage à 9h30 et à 21h30 (temps solaire local quand il croise l'équateur). Une nouvelle méthode de restitution des concentrations basée sur le calcul d'un index hyperspectral sans dimension (HRI) est détaillée et comparée aux méthodes précédentes au Chapitre 2. Cette méthode permet d'exploiter de manière plus approfondie le caractère hyperspectral de IASI en se basant sur une bande spectrale plus étendue (800-1200 cm-1) au sein de laquelle le NH3 est optiquement actif. Nous décrivons comment restituer ces concentrations deux fois par jour sans nécessiter de grandes ressources informatiques et avec un meilleur seuil de détection. Plus spécifiquement, la procédure de restitution des concentrations consiste en deux étapes: le HRI est calculé dans un premier temps pour chaque spectre puis est ensuite converti en une colonne totale de NH3 à l'aide de tables de conversions. Ces tables ont été construites sur base de simulations de transfert radiatif effectuées pour différentes conditions atmosphériques. Le processus de restitution des concentrations comprend également le calcul d'une erreur sur la colonne mesurée. Des distributions globales moyennées sur cinq ans (du 1 novembre 2007 au 31 Octobre 2012) sont présentées et analysées séparément pour le passage diurne et nocturne de IASI. L'avantage de ce nouvel algorithme par rapport aux autres méthodes, permettant l'identification de sources plus faibles de NH3 ainsi que du transport depuis les sources terrestres au-dessus des océans, est démontré. Le bénéfice de la haute couverture spatiale et temporelle de IASI est mis en exergue par une description régionale au-dessus de la Chine ainsi que par l'analyse de premières séries temporelles hémisphériques sur quatre ans.<p><p>Au Chapitre 3, nous évaluons quatre ans (du 1 janvier 2008 au 31 décembre 2011) de mesures matinales de IASI ainsi que de simulations du modèle LOTOS-EUROS, effectuées au-dessus de l'Europe et de l'ouest de la Russie. Nous décrivons une méthodologie pour prendre en compte, dans la comparaison avec le modèle, la sensibilité variable de l'instrument IASI pour le NH3. Les comparaisons montrent alors une bonne concordance générale entre les mesures et les simulations. Les distributions pointent trois régions sources: la vallée du Pô, le nord-ouest de l'Europe continentale et la vallée de l'Ebre. L'analyse des distributions annuelles montre qu'en moyenne, les colonnes de NH3 mesurées sont plus élevées que celles simulées, à part pour quelques cas spécifiques. Des différences importantes ont été identifiées au-dessus de zones industrielles en Europe de l'est et en Russie, ce qui tend à incriminer une sub-estimation voire une absence de ces sources dans les inventaires d'émissions utilisés en entrée du modèle. Nous avons également montré que la saisonnalité est bien reproduite une fois la sensibilité des mesures satellites prise en compte. La meilleure concordance entre le modèle et IASI est observée pour les Pays-Bas, ce qui est certainement dû au fait que le profil temporel des émissions utilisé pour les simulations LOTOS-EUROS est basé sur des études expérimentales réalisées dans ce pays. L'étude des séries temporelles journalières indique que la dynamique du modèle est raisonnablement en accord avec les mesures mais pointe néanmoins une possible mauvaise représentation du profil temporel ainsi que de l'ampleur des émissions. Finalement, l'étude des importants feux ayant eu cours en Russie à l'été 2010 a montré que les panaches modélisés sont moins étendus que ceux observés, ce qui a été confirmé grâce à une comparaison avec des mesures sols.<p><p>Le chapitre 4 est dédié à la confrontation des mesures IASI avec différents jeux de données indépendants acquis depuis le sol et par avion. Les distributions globales annuelles sont concordantes, bien que la couverture spatiale des mesures sols soit limitée. Des mesures effectuées à la surface en Europe, en Chine et en Afrique sont utilisées pour les comparaisons mensuelles. Ces dernières révèlent une bonne concordance générale, bien que les mesures satellites montrent une plus faible amplitude de variations de concentrations. Des corrélations statistiquement significatives ont été calculées pour de nombreux sites, mais les régressions linéaires sont caractérisées par des pentes faibles et des ordonnées à l'origine élevées dans tous les cas. Au minimum, trois raisons contribuent à expliquer cela: (1) le manque de représentativité des mesures ponctuelles pour l'étendue des pixels IASI, (2) l'utilisation d'une seule forme de profil vertical pour la restitution des concentrations, qui ne prend dès lors pas en compte la hauteur de la couche limite, (3) l'impact de la procédure utilisée pour moyenner les observations satellites afin d'obtenir des quantités comparables aux mesures sols mensuelles. La prise en compte de mesures en surface effectuées à plus haute résolution temporelle ainsi que de mesures faites depuis un avion permet d'évaluer les observations IASI individuelles. Les coefficients de corrélation calculés sont bien plus élevés, en particulier pour la comparaison avec les mesures effectuées depuis l'avion NOAA WP-3D pendant la campagne CalNex en 2010. Ces résultats démontrent la nécessité de ce type d'observations, effectuées à différentes altitudes et couvrant une plus grande surface du pixel, pour valider les colonnes IASI-NH3.<p><p>Les six ans de données IASI disponibles à la fin de cette thèse sont utilisées pour tracer les premières séries temporelles sub-continentales (Chapitre 5). Plus spécifiquement, nous explorons les mesures IASI durant cette période (du 1 janvier 2008 jusqu'au 31 décembre 2013) pour identifier des structures saisonnières ainsi que la variabilité inter-annuelle à l'échelle sous-continentale. Pour arriver à cela, des moyennes saisonnières composites ont été produites ainsi que des séries temporelles mensuelles au-dessus de 12 régions du globe (Europe, est de la Russie et nord de l'Asie, Australie, Mexique, Amérique du Sud, 2 sous-régions en Amérique du nord et en Asie du sud et 3 sous-régions en Afrique), considérant séparément mais simultanément les mesures matinales et nocturnes de IASI. Le cycle saisonnier est raisonnablement bien décrit pour la plupart des régions. La relation entre la quantité de NH3 atmosphérique et ses sources d'émission est mise en exergue à l'échelle plus régionale par l'extraction à haute résolution spatiale d'une climatologie des mois de colonnes maximales. Dans certaines régions, la prédominance d'un processus source apparait clairement (par exemple l'agriculture en Europe et en Amérique du nord, les feux en Afrique du Sud et en Amérique du Sud), alors que, pour d'autres, la diversité des sources d'émissions est démontrée (par exemple pour le nord de l'Afrique centrale et l'Asie du sud-ouest).<p><p>Le Chapitre 6 reprend brièvement les principaux aboutissements de cette thèse et présente les différentes recherches en cours et les perspectives associées.<p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les abondances atmosphériques du dioxyde de carbone et du méthane augmentent progressivement, modifiant probablement le climat global de l'atmosphère. Bien que ces effets soient très étudiés dans la troposphère, ils le sont peu dans l'atmosphère moyenne (20 - 120 km) où ils pourraient avoir un impact plus facilement détectable. Nous nous intéressons en particulier à la mésosphère/basse thermosphère (MLT), où apparaissent de plus en plus souvent des nuages mésosphériques polaires (PMC). La MLT est sensible au niveau d'activité solaire, qui varie selon un cycle de onze ans.<p>Nous évaluons les impacts de ces deux changements anthropiques et de ce cycle naturel sur la température et la chimie de la MLT. Pour ce faire, nous participons au développement d'un modèle bidimensionnel de l'atmosphère :SOCRATES. Ce modèle calcule interactivement les moyennes zonales des vents, de la température et de la composition chimique de l'atmosphère en fonction de la latitude (85°S-85°N) et de l'altitude (0-120 km). Avant de nous intéresser au changement global, nous avons dû améliorer SOCRATES pour qu'il reproduise au mieux la situation chimique, dynamique et thermique actuellement observée.<p>Nous avons ainsi modifié la résolution du système chimique; développé une nouvelle paramétrisation de l'absorption par O2 du rayonnement solaire ultraviolet à Lyman-&61537; (121.6 nm) [Chabrillat et Kockarts, 1997] ;créé une approximation des sources thermosphériques de NO; paramétrisé le forçage dynamique par déferlement des ondes de gravité pour reproduire de manière très réaliste les observations actuelles de température dans la MLT ;et développé un algorithme pour prendre en compte non seulement la diffusion turbulente mais aussi la diffusion moléculaire. Tous ces développements sont décrits en détail, et leurs effets sur la physico-chimie de la. MLT sont analysés. Les concentrations chimiques calculées par le modèle sont comparées avec succès à des observations - en particulier de l'ozone et du radical hydroxyle.<p>Nous étudions ensuite en détail l'impact du cycle solaire de onze ans sur la MLT. Une analyse complète du budget thermique nous permet d'établir, par exemple, que la raie Lyman-&61537; est responsable de la moitié du réchauffement entre SOLMIN et SOLMAX. Nous évaluons alors la sensibilité de la MLT à un doublement (théorique) de l'abondance de C02. Nous trouvons qu'aux hautes latitudes et en été, zone d'apparition des PMC, cet effet est très faible. Puis nous réalisons une simulation où le méthane est ramené à son niveau préindustriel. L'accroissement de CH4 depuis cette époque est responsable, non seulement de l'augmentation de la vapeur d'eau dans l'atmosphère moyenne, mais aussi d'un léger refroidissement dans la MLT. Cet effet est maximal dans les régions polaires et en été, là où les deux autres sont minimaux.<p>Nous concluons par une grande simulation intégrée de l'évolution du climat et de la chimie de l'atmosphère moyenne au cours du XXIe siècle. Nous trouvons qu'au niveau d'apparition des PMC, la tendance au refroidissement est plus faible que partout ailleurs. Par contre, la vapeur d'eau augmente plus rapidement en été qu'en hiver. Ces calculs fournissent des indices pour réconcilier les observations plus fréquentes des PMC avec une synthèse des températures mesurées dans l'été arctique, selon laquelle les températures n'auraient pas varié depuis quarante ans.<p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La pollution atmosphérique en milieu urbain est un problème préoccupant car une fraction croissante de la population mondiale vit dans les villes. Les effets de la pollution se manifestent également sur la végétation urbaine et sur notre patrimoine architectural, de sorte que c'est la qualité de la vie de l'ensemble des habitants des métropoles de la planète qui est en jeu. Il est indispensable de connaître la composition des atmosphères urbaines et de comprendre les mécanismes qui régissent cette composition pour évaluer les conséquences de la pollution, définir les exigences de réduction des émissions et établir des scénarios des tendances futures.<p><p>L'objectif du présent travail est de déterminer la composition chimique, les propriétés et le comportement des particules et des dépôts humides en Région bruxelloise. On a distingué les aérosols atmosphériques, les brouillards, les rosées (ou givres) récoltés à la fois sur les végétaux et sur un collecteur inerte, les pluies et les dépôts totaux (formés des pluies et des dépôts secs accumulés dans l'entonnoir de collecte en l'absence de pluie). Ce vaste objectif a été réalisé grâce à la collecte de nombreux échantillons sur une échelle de temps suffisante en différents endroits de la capitale, et à l'analyse de ces échantillons par des techniques variées et complémentaires (techniques classiques d'analyse d'échantillons liquides telles que spectrométrie d'absorption et d'émission atomique, chromatographie liquide, colorimétrie, ainsi que microscopie électronique et fluorescence des rayons-X). Trois collecteurs (pour le brouillard, la pluie et la rosée) ont été entièrement conçus et réalisés au laboratoire dans le cadre de ce travail. Les éléments suivants sont analysés: NO3, SO4, NH4, Na, Mg, Al, Si, P, S, CI, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Pb.<p><p>Afin de comprendre les causes de la variabilité spatio-temporelle des concentrations, l'influence de paramètres tels que la saison, la direction du vent, et le lieu de prélèvement a été examinée. De plus, dans le cas des pluies et des brouillards, l'étude de l'évolution des concentrations au cours d'un même épisode a permis d'investiguer les processus physico-chimiques qui contrôlent le dépôt humide. Elle a permis d'acquérir une meilleure connaissance des mécanismes d'incorporation des aérosols dans la phase aqueuse et du phénomène de lessivage de l'atmosphère. Tout au long de ce travail, les interactions entre la phase particulaire (aérosols) et les phases liquides (brouillards, rosées, pluies) ont été examinées. Une relation entre les concentrations en éléments dissous et le volume d'eau de l'échantillon a été établie dans le cas des pluies, des rosées et des brouillards. Cette relation traduit un effet de dilution et démontre l'importance du mécanisme de condensation-évaporation des gouttes d'eau. L'importance du phénomène de nucléation des sulfates, nitrates et chlorures d'ammonium constitutifs de la fraction fine de l'aérosol soluble a été démontrée. Ces sels d'ammonium sont formés secondairement par des réactions de conversion gaz-particules. L'abondance des ions ammonium, et l'importance de leur action de neutralisation de l'acidité, constituent une particularité de l'atmosphère bruxelloise.<p>L'identification des sources de particules et d'éléments en relation avec leurs propriétés chimiques et granulométriques a été réalisée en utilisant divers outils statistiques (corrélations entre éléments, analyse factorielle) et géochimiques (rapports de concentration, facteurs d'enrichissement, granulométrie). Les apports d'origine marine, continentale, biologique et anthropique (trafic, incinération des déchets, processus de combustion) ont ainsi été clairement mis en évidence dans l'aérosol et le brouillard bruxellois.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished