Are cities on track to net-zero emissions? The next generation of greenhouse gas information systems

06/09/2021 00:00

Lancement du cycle de conférences « Partager & Agir »

10/10/2023 17:00

Et si on s’octroyait un petit espace temps pour essayer chacun·e, et ensemble, de repenser les sciences du climat en réponse aux crises environnementales ?

Pourquoi ai-je arrêté la recherche en sciences du climat ?

10/10/2023 17:00

Séminaire du cycle « Partager & Agir ».

Les mystères de l'urine : sa production et son utilisation comme engrais

09/10/2023 12:00

10e séminaire scientifique « Quand les sciences de l’environnement rencontrent les sciences de la santé » organisé par l’OSU-EFLUVE (Observatoire des Sciences de l’Univers Enveloppes Fluides de la Ville à l’Exobiologie) et l’Institut Mondor de Recherche Biomédicale (IMRB).

De l’étude de l’évolution de la matière organique dans un environnement martien simulé à sa recherche in situ par l’instrument MOMA lors de la mission spatiale Exomars 2022.

09/12/2021 14:00

La détection de matière organique est l’un des objectifs principaux des missions spatiales actuelles et futures vers la planète Mars. En effet, des molécules organiques ont été apportées sur la planète rouge par les flux météoritiques ou auraient pu être produites in situ. Cependant les sources météoritiques sont les seules dont on puisse être certains et qui sont toujours actives. Malgré la diversité des familles chimiques de ces sources, à ce jour, très peu de molécules organiques ont été détectées à la surface de Mars. Il existe deux hypothèses principales pour expliquer les différences observées entre les molécules détectées et les molécules supposées présentes à la surface de Mars.

La première hypothèse concerne les biais directement liés à l’instrumentation utilisée in situ pour l’analyse des échantillons prélevés. La seconde hypothèse est liée à l’impact de l’environnement martien sur l’évolution de la matière organique en surface. L’objectif de cette thèse est d’apporter des éléments de réponses pour les deux hypothèses posées concernant la problématique de la détection de matière organiques sur Mars, et notamment dans le contexte de la future missions spatiale Exomars dont le lancement est prévu pour 2022. Une partie de mes travaux a été orientée vers la caractérisation de certains biais analytiques possibles pour les futures analyses réalisées par l’instrument MOMA (Mars Organic Molecules Analyzer) de la mission Exomars. Plus précisément, l’une des procédures d’extraction chimique de MOMA, permettant de volatiliser des molécules potentiellement présentes, a été testée. Le résultat principal est que cette procédure sera moins efficace sur Mars qu’une réaction classique de laboratoire.

Néanmoins, MOMA serait capable d’analyser des molécules organiques tels que les acides aminés. Le deuxième volet de ces travaux concerne l’étude de l’évolution de la matière organique à la surface de Mars afin d’orienter les recherches de molécules organiques en surface. Plus précisément, l’effet du rayonnement UV et de la présence de sels de perchlorates a été étudié à l’aide d’une chambre de simulation martienne : MOMIE (Mars Organic Matter Irradiation and Evolution). La famille de molécules ciblée pour cette étude est la famille des bases azotées pyrimidiques. Les résultats obtenus indiquent que ces molécules sont susceptibles d’évoluer lorsqu’elles sont exposées au rayonnement UV et en présence de perchlorates à la surface de Mars.

Towards Multi-Scale Transport of Sharp Plumes

06/12/2021 14:30

The distribution of aerosols and trace gases in the atmosphere results from the emission of primary gaseous and particulate matter, as well as their transport, sedimentation and (photo-)chemical transformations. Understanding and quantifying these processes in the atmosphere can be addressed through the use of global-scale or regional-scale chemistry-transport numerical models.

CHIMERE is a chemistry-transport model developed mainly at LMD (Mailler et al., 2017). Initially targeted to urban and regional scales, it was recently extended to hemispheric scales in order to address these processes on a wider range. While theoretically possible, it is impractical to use this model to represent interactions between small-scale processes (e.g. pollution in the urban atmospheric boundary layer) and large-scale processes (e.g. intercontinental transport) controlling sharp plumes of gas and aerosols, resulting for instance from massive emissions by volcanic eruptions, forest fires and desert aerosol tempests. Indeed such studies requiring both large domains and high resolution have a prohibitive numerical cost due to the formulation of CHIMERE on a regular Cartesian mesh. This limitation is shared by all currently operational chemistry-transport models (CTMs). Additionally, traditional Cartesian longitude-latitude meshes pose a numerical singularity at the poles, where the longitude lines converge.

One way to lift these limitations would be to replace CHIMERE’s Cartesian mesh by a fully unstructured mesh. Unstructured meshes support variable resolution in space, allowing computational resources to be focused in those few key regions (e.g. volcanic eruption) where high spatial resolution is really required. Allowing such multi-scale capacity would be a significant step forward in the modelling of scale interactions in atmospheric chemistry, and would potentially allow breakthrough for the understanding of such interactions.

DYNAMICO, the atmospheric general circulation model recently developed at LMD and LSCE (Dubos et al., 2015) supports unstructured spherical Voronoi meshes. It is the goal of this PhD project to contribute to the assessment of the viability of numerical methods borrowed from DYNAMICO for large-scale transport of sharp plumes. To this end, we compare the numerical performance of transport schemes formulated on spherical unstructured meshes (Dubey and Dubos, 2015) with schemes formulated on Cartesian spherical meshes avoiding the poles. Schemes of various order and different treatments of time integration are implemented in each mesh framework. A suite of test cases is used to evaluate different properties of the mesh-scheme pairings. Various metrics are used to study stability, monotonicity, convergence and numerical diffusion. While it could be anticipated that Cartesian schemes perform better than their unstructured counterpart of similar complexity, we find that a scheme of the Van Leer family on the unstructured mesh has a comparable performance to a similar scheme on a Cartesian mesh, which is the default scheme used operationally by CHIMERE. Beyond these idealized two-dimensional numerical experiments, we compare the performance of the two schemes in a realistic, three-dimensional setting mimicking the eruption of the Puyehue volcano in 2011. This necessary milestone is to be complemented by experiments with variable-resolution meshes leading to a full assessment of the merits of multi-scale-modelling chemistry-transport applications.

Utilization of radiocarbon and tephrochronology to constraint the oceanic circulation in the Southeast Pacific Ocean during the last 20,000 years

23/11/2021 14:00

L’océan joue un rôle important dans les cycles glaciaires–interglaciaires, en régulant la quantité de CO₂ dans l’atmosphère. En particulier, pendant le dernier maximum glaciaire (~23,000–19,000 années calendrier avant présent (années cal. BP)), l’océan profond avait accumulé du CO₂, le libérant dans l’atmosphère pendant la dernière déglaciation (~18,000–11,000 années cal. BP).

La quantité de CO₂ stockée/libérée, les zones de l’océan qui aurait dégazé le CO₂ et les mécanismes menant à ce stockage/libération, sont actuellement discutés et analysés par la communauté scientifique.

Dans cette thèse, je présente de nouveaux enregistrements sur les changements de ventilation des eaux intermédiaires et profondes dans le Pacifique Sud-Est (SEP) au cours des ~22,000 dernières années. En utilisant les âges ¹⁴C des couples de foraminifères planctoniques et benthiques dans neuf carottes de sédiments marins dans un transect entre ~500–3,300 m de profondeur et ~31–49° S, les changements de la circulation océanique pendant la dernière déglaciation sont interprétés.

Un défi important en paléocéanographie consiste à établir des chronologies robustes pour les carottes de sédiments marins, ce qui est essentiel pour intégrer les informations fournies par les enregistrements paléoenvironnementaux dans différentes zones de l’océan, mais aussi à terre et dans des calottes glaciaires.

Afin d’explorer comment améliorer les chronologies des carottes étudiées ici, une étude téphrochronologique dans trois des carottes sélectionnées a permis d’identifier des éruptions volcaniques dans chaque carotte, en améliorant ainsi la robustesse de leurs chronologies

D’après les enregistrements produits, la circulation dans le SEP au cours des 20,000 dernières années révèle un océan glaciaire plus stratifié, les eaux les plus appauvries en ¹⁴C se trouvant dans l’océan Austral profond.

Pendant la déglaciation, d’importants changements de circulation sont observés, indiquant une convection plus vigoureuse et une meilleure ventilation des eaux profondes dans l’océan Austral. De plus, des valeurs anormalement appauvries en ¹⁴C sont observées pendant la déglaciation à des profondeurs baignées par les eaux profondes du Pacifique, ce qui pourrait indiquer l’influence d’une possible source hydrothermale.