Demi-journée du thème "Systèmes solaires" : retour sur Vénus

29/11/2022 13:30

Climat et Impacts

23/11/2022 09:00

Webinales de la plateforme PRAMMICS de l'OSU-EFLUVE : présentation du pôle inorganique (4e édition)

22/11/2022 10:30

Forests, climate, and tree rings: forecasting the future state of complex systems

17/05/2022 11:00

Margaret Evans travaille à l’University of Arizona.

Géophysique en forage, nouvelles approches et perspectives pour le suivi temporel

16/05/2022 12:00

Séminaire de Philippe Pezard (UMR Géosciences Montpellier) au METIS-IPSL.

Developments in paleoenvironmental studies. Part I Sediment cores and seabird colonies

13/05/2022 12:00

Jules Blais, professeur à l’université d’Ottawa, donne un cycle de 3 séminaires les 13, 20 et 24 mai 2022. Ce cycle est organisé par le METIS-IPSL.

Détermination de sections efficaces à hautes températures et modélisation représentative des exoplanètes chaudes ciblées par ARIEL

05/12/2023 10:00

La grande diversité des mondes planétaires en dehors du Système Solaire est désormais établie depuis la découverte de la première exoplanète en 1995. Certaines de ces planètes extrasolaires ont la taille de Jupiter et orbitent à des distances très proches de leur étoile hôte, ce qui induit une importante photochimie au sein de leurs atmosphères et des températures allant jusqu’à 2000 K. Elles ont donc été baptisées Jupiters chauds.

Pour comprendre comment de telles planètes se sont formées et ont évoluées dans le temps, nous avons besoin de mieux connaître leurs caractéristiques physiques et chimiques. C’est l’un des principaux objectifs du JWST (James Webb Space Telescope), qui a déjà fourni la première preuve d’une photochimie active dans l’atmosphère d’un Jupiters chaud : WASP-39b. Ce sera aussi l’objectif de la mission ARIEL (Atmospheric Remote-Sensing Infrared Exoplanet Large-survey) dont le lancement est prévu pour 2029. Les observations de ces télescopes peuvent être prédites et interprétées grâce à des modèles photo-thermochimiques qui calculent les profils d’abondance des espèces chimique de l’atmosphère. Or, certaines données utilisées dans ces modèles ne sont pas connues à hautes températures. C’est notamment le cas des sections efficaces d’absorption qui servent à quantifier la photochimie. La majeure partie de mon travail de thèse a donc été de développer une plateforme de spectroscopie dans le domaine VUV, afin de pouvoir mesurer des sections efficaces d’absorption à des températures allant jusqu’à 1200 K.

L’équipe « Exobiologie et Astrochimie » du LISA a déjà entrepris de pallier ce manque de données en effectuant des mesures à hautes températures lors de campagnes sur synchrotron entre 2010 et 2017 pour les molécules CO, CO₂, NH₃, HCN et C₂H₂. Des augmentations de plus de quatre ordres de grandeur sur les sections efficaces d’absorption de CO₂ entre 300 et 800 K ont ainsi pu être observées. Afin de poursuivre ce travail, j’ai développé une nouvelle plateforme spectroscopique VUV au LISA. Elle se compose principalement d’une lampe à deutérium, d’un monochromateur sous vide, d’une cellule en quartz insérée dans un four et d’un photomultiplicateur permettant de mesurer le signal de sortie. Après avoir réalisé plusieurs tests pour définir les conditions expérimentales optimales pour acquérir nos données, j’ai effectué des mesures de sections efficaces d’absorption de CO et de C₂H₂.

J’ai ainsi pu mesurer des premiers spectres d’absorption de CO pour des températures allant de 300 à 800 K. Les mesures effectuées au LISA, couplées à celles précédemment acquises au synchrotron SOLEIL, m’ont permis d’établir une liste de raies et de faire une étude sur la variation de l’intensité des bandes en fonction de la température de la transition A1Π-X1Σ+, pour 3 ≤ v’ ≤ 10 et v” = 0, 1. Ce travail m’a ensuite conduit à étudier le profil de température qui correspond à l’absorption du gaz au sein de la cellule.

J’ai également réalisé des mesures de sections efficaces d’absorption pour C₂H₂ entre 115 et 230 nm à des températures allant de 296 K à 773 K. J ’ai pu observer une augmentation des sections efficaces avec la température d’un facteur 20 pour les données à 773 K.

J’ai ensuite appliqué ces données à hautes températures dans le modèle cinétique 1D ATMO afin de voir l’impact de ces variations de sections efficaces sur la composition chimique du Neptune chaud GJ 436b. Les résultats montrent peu de différences sur les profils d’abondances mais des changements importants sur les taux de photodissociation. Pour voir davantage de variations, il serait indispensable de prendre en compte l’absorption des autres espèces présentes dans l’atmosphère et donc d’obtenir davantage de données expérimentales à hautes températures.

Grâce à la nouvelle plateforme spectroscopique, il sera désormais possible de mesurer des sections efficaces d’absorption à hautes températures pour d’autres molécules d’intérêt atmosphérique, tels de NH₃ ou HCN.

L’alcalinité et le carbonate de calcium dans les modèles système Terre, et implications pour le cycle du carbone océanique

08/12/2023 14:00

L’alcalinité de l’océan (Alk) est essentielle dans l’absorption de carbone atmosphérique et offre une capacité tampon contre l’acidification. Dans le cadre des prévisions de l’absorption de carbone par les océans et des impacts potentiels sur les écosystèmes, la représentation de l’Alk et du principal facteur de sa distribution dans l’océan profond, le cycle du carbonate de calcium (CaCO₃), ont souvent été négligés. Cette thèse aborde le manque de considération accordé à l’Alk et au cycle du CaCO₃ dans les modèles du système terrestre (ESM) et explore les implications pour le cycle du carbone dans un océan pré-industriel ainsi que dans des scénarios de changement climatique.

À travers une intercomparaison des ESMs, une réduction des biais simulés de l’Alk dans la 6ème phase du Projet d’Intercomparaison de Modèles Couplés (CMIP6) est rapportée. Cette réduction peut s’expliquer partiellement par une calcification pélagique ac- crue, redistribuant l’Alk en surface et renforçant son gradient vertical dans la colonne d’eau. Une revue des modèles de biogéochimie marine utilisés dans les ESMs actuels révèle une représentation diverse du cycle du CaCO₃ et des processus affectant l’Alk.

Les schémas de paramétrisation de la production, de l’exportation, de la dissolution et de l’enfouissement du CaCO₃ varient considérablement, avec une prise en compte généralement limitée à la seule calcite, et sans calcification benthique. Cette diversité entraîne des projections contrastées de l’export de carbone associé au CaCO₃ depuis l’océan de sur- face vers l’océan profond dans les scénarios futurs.

Cependant, des simulations de sensibilité effectuées avec le modèle de biogéochimie marine NEMO-PISCES indiquent que la rétroaction associée sur le flux de carbone anthropique et l’acidification des océans reste limitée. À travers un ensemble de simula- tions NEMO-PISCES, il est démontré qu’une attention particulière au bilan d’Alk est cruciale pour estimer le dégazage de carbone océanique pré-industriel dû aux apports fluviaux ainsi qu’à l’enfouissement de matière organique et de CaCO₃. De telles estimations sont fondamentales pour évaluer le flux de carbone air-mer anthropique en utilisant des données d’observation, et mettent en évidence la nécessité de mieux contraindre le bilan d’Alk de l’océan.

Enfin, fidèle au message qu’elle véhicule sur le changement clima- tique, cette thèse offre une perspective nouvelle et radicale sur les sciences du climat et le système de la recherche actuel.

Physical Origins of the properties of Mesoscale Convective Systems and implications for high impact events

05/12/2023 16:00

La convection atmosphérique fait référence aux mouvements d’air verticaux dans lesquels les nuages se forment, et on parle de convection profonde lorsque ces mouvements couvrent toute la hauteur de la troposphère. Quand la convection profonde s’organise, elle peut prendre diverses formes, dont celle de systèmes convectifs méso-échelle (MCSs) qui désignent des ensembles nuageux caractérisés par une échelle horizontale de l’ordre de la centaine de kilomètres, et d’une durée de vie de plusieurs heures. L’exemple le plus spectaculaire est sans doute le cyclone tropical, dont les vents en rotation sont parmi les plus forts de notre planète. Il en existe d’autres types, comme les lignes de grains qui décrivent un alignement d’orages sur plusieurs centaines de kilomètres.

Ces systèmes convectifs méso-échelles sont à l’origine de la plupart des événements extrêmes tels que les fortes pluies et les crues soudaines. Pourtant, leur organisation reste peu comprise et donc peu prise en compte dans les estimations climatiques. Plus précisément, l’échelle caractéristique de la centaines de kilomètres des MCSs est inférieure à la résolution spatiale des modèles climatiques globaux, qui traitent donc les systèmes convectifs profonds comme des phénomènes sous-maille. Leur dynamique est alors calculée à l’aide de paramétrisation, c’est à dire d’un modèle réduit des équations des fluides. Cependant, du fait du manque de connaissances théoriques sur le développement de la convection, les modèles de paramétrisation actuels ne parviennent pas à anticiper la formation de phénomènes extrêmes et peinent à prédire leur évolution avec le réchauffement climatique. Cette barrière scientifique fait partie des grands défis énoncés par le Word Climate Research Program1 (WCRP) : Nuages, circulation et sensibilité climatique.

Ce projet de thèse cherche 1) à clarifier les mécanismes physiques à l’origine de la formation des système convectifs méso-échelle tropicaux sur océans, 2) à comprendre les précipitations extrêmes qui leur sont associées. Ce travail porte en particulier sur les lignes de grains, et s’appuie sur des simulations numériques, l’élaboration de modèles théoriques et la confrontations à des données d’observations satellitaires. À terme, l’objectif de cette thèse sera de contribuer à l’amélioration des modèles de paramétrisation de l’organisation de la convection dans les tropiques, et cherchera à déterminer si les lignes de grains vont devenir plus fréquentes et plus intenses avec le réchauffement climatique, et si oui pourquoi.