Soutenance

Sciences du climat

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Soutenance de thèse

Félix LANGOT

LMD

Étude du cycle du méthane en région circumpolaire grâce à la modélisation atmosphérique et aux mesures de terrain

Date 23/06/2025 13:00
Diplôme École Polytechnique, Institut Polytechnique de Paris
Lieu Amphi Becquerel de l'École Polytechnique

Résumé

Cette thèse étudie le méthane atmosphérique dans les régions circumpolaires, en se concentrant sur la campagne MAGIC2021 menée à Kiruna, en Suède (68°N) en août 2021. Les recherches combinent des mesures de terrain avec des modèles globaux et des simulations régionales pour étudier la distribution verticale du méthane, son transport, et évaluer les estimations des modèles existants.

L’étude a identifié différents panaches de méthane à diverses altitudes dans les données de campagne: les panaches de haute altitude ont été retracés jusqu’à des feux de biomasse distants en Amérique du Nord et au Nord-Est de l’Asie, tandis que les panaches de basse altitude étaient liés aux émissions locales. La découverte notable de panaches superposés à différentes altitudes avec des origines distinctes a démontré le biais potentiel dans les mesures de colonnes par satellite pour l’estimation des émissions.

Les comparaisons entre modèles et données de campagne ont révélé que les modèles globaux avec optimisation des flux par inversion correspondaient aux observations de terrain, particulièrement dans la troposphère, tandis que les simulations régionales tendaient à surestimer les rapports de mélange du méthane dans la couche limite atmosphérique. L’étude a également identifié des problèmes dans la modélisation de la chimie autour de la tropopause, où le positionnement et l’intensité du gradient n’étaient pas représentés avec précision dans les modèles.

L’analyse des estimations de flux à haute résolution a montré que les produits d’émissions actuels par approche montante peuvent reproduire les signaux forts mais manquent de variabilité spatiale et temporelle nécessaire à la reproduction des signaux observés. À travers l’évaluation des paramètres de contrôle des émissions, incluant les précipitations, l’étendue des zones humides et la dépendance à la température, on conclue que les produits d’émissions existants sont insuffisants pour reproduire précisément les estimations d’émissions de méthane basées sur les données de campagne à haute résolution. L’étude complète souligne la complexité de la dynamique du méthane dans les régions polaires et les limitations actuelles des modèles atmosphériques et des inventaires d’émissions.

 

Study of the methane cycle in the circumpolar region through atmospheric modelling and field measurements
This thesis investigates atmospheric methane in circumpolar regions, focusing on the MAGIC2021 field campaign conducted in Kiruna, Sweden (68°N) in August 2021. The research combines field measurements with global models and regional simulations to study the vertical distribution of methane, its transport, and evaluate existing modelled emission estimates.
The study first identified different methane plumes at varying altitudes in observational data: high-altitude plumes were traced to distant biomass fires in North America and Northeast Asia, while low-altitude plumes were linked to local emissions. Notably, the discovery of superimposed plumes at different altitudes with distinct origins demonstrated the potential bias in satellite-based column measurements for emission estimation.
Model comparisons with campaign data revealed that global models with flux inversion optimisation performed well, especially in the troposphere, while regional simulations tended to overestimate methane mixing ratios in the atmospheric boundary layer. The study also identified issues in chemistry modelling around the tropopause, where gradient positioning and strength were not accurately represented.
High-resolution flux estimation analysis showed that current bottom-up emission products can reproduce strong signals but lack necessary spatial and temporal variability to reproduce observed fluxes accurately. Through evaluation of emission parameters including precipitation, wetland extent, and temperature dependence, the research concluded that existing bottom-up emission products are insufficient for accurately reproducing high-resolution campaign-based methane emission estimates. This comprehensive study highlights the complexity of methane dynamics in polar regions and the current limitations of atmospheric models and emission inventories.

Informations supplémentaires

Lieu
Amphi Becquerel de l’École Polytechnique

Visio
https://cnrs.zoom.us/j/95938501793?pwd=2Px6F6EbUHKfm0EabUPQOV55EJxyfL.1

Composition du jury

  • Vincent-Henri Peuch
    Chef du site ECMWF Bonn et directeur de l’engagement de l’ECMWF avec l’UE, ECMWF
    Rapporteur
  • Nathalie Huret
    Professeur des universités, OPGC, Université Clermont Auvergne, CNRS
    Rapporteur
  • Philippe Bousquet
    Professeur des universités, LSCE, Université Paris-Saclay
    Examinateur
  • Rona Thompson
    Senior Research Scientist, NILU
    Examinateur
  • Frédéric Parol
    Professeur des universités, LOA, Université de Lille
    Examinateur
  • Cyril Crevoisier
    Directeur de recherche, LMD, CNRS
    Directeur de thèse
  • Thomas Lauvaux
    Professeur des universités, GSMA, Université de Reims Champagne-Ardenne