Derrière les étoiles ou différentes façons de voir un soleil

28/03/2025 12:30

Projets du GIEC et liens avec les prises de décision en matière de climat

24/03/2025 16:30

Arts et sciences face au changement climatique et à la transition écologique

24/03/2025 09:00

Space weathering of the Moon and Phobos

08/04/2025 11:30

LATMOS seminar.

Observationally Constrained Budget and Lifetime of Excess Atmospheric CO2

08/04/2025 10:30

Séminaire du LMD.

Structure and hydrogeology of the Ox Bel’Ha karstic system, Mexico

28/03/2025 13:00

Séminaire de l’UMR METIS-IPSL.

Processes affecting cirrus cloud life cycle at the tropical tropopause layer : contributions from the Stratéole-2 campaigns

10/03/2023 13:30

Cette thèse s’intéresse à l’observation des ondes de gravité dans la tropopause tropicale (TTL pour tropical tropopause layer) par ballons pressurisés, et à leur impact sur les cirrus. Dans un premier temps, l’activité des ondes de gravité est quantifiée grâce aux observations in-situ des ballons pressurisés des deux premières campagnes de Stratéole-2. Le lien entre la convection profonde tropicale et l’activité des ondes est démontré à l’échelle synoptique par la diminution de l’amplitude des ondes avec la distance aux cellules convectives. La variabilité géographique de l’activité des ondes de gravité, de leur intermittence, ainsi que leur variabilité inter-annuelle sont également évaluées.
Dans un second temps, l’impact des ondes de gravité sur les cirrus est étudié grâce à la combinaison des mesures lagrangiennes des fluctuations de températures avec un modèle de microphysique prenant en compte la nucléation homogène, la croissance et la sédimentation des cristaux de glace, ainsi qu’une représentation très simplifiée du cisaillement de vent. L’impact des ondes sur la population de glace et les conséquences sur l’évolution des cirrus ainsi que sur leur capacité à assécher les masses d’air lors de l’ascension dans la TTL est quantifié. Les résultats sont comparés avec les observations de la campagne ATTREX dans la TTL au-dessus de l’océan Pacifique, et démontrent l’importance de la représentation réaliste des ondes dans les simulations de microphysique. Enfin, une étude de sensibilité à l’amplitude des ondes de gravité est discutée pour la structure des cirrus et la population de cristaux.

 

This thesis focuses on the observation of gravity waves at the tropical tropopause layer (TTL) by superpressure balloons, and their impact on cirrus clouds. First, the gravity wave activity is quantified thanks to in-situ observations of superpressure balloons from the first two Stratéole-2 campaigns. The link between tropical deep convection and wave activity is demonstrated at a synoptic scale by the decrease of wave amplitude with distance to convective cell. The geographical variability of gravity wave activity, its intermittency, as well as its interannual variability are also studied. In a second step, the impact of gravity waves on cirrus clouds is studied thanks to the combination of Lagrangian measurements of temperature fluctuations with a microphysics model representing the homogeneous nucleation, growth and sedimentation of ice crystals, as well as a very simplified representation of the wind shear. The impact of the waves on ice crystals population and the consequences on the evolution of cirrus clouds and their capacity to dehydrate the air masses during the ascent in the TTL is quantified. The results are compared with observations from the ATTREX campaign in the TTL over the Pacific Ocean, and demonstrate the importance of realistic representation of waves in microphysics simulations. Finally, a sensitivity study to the amplitude of gravity waves is discussed for the cirrus structure and crystal population.

Compréhension du fonctionnement hydrologique et géochimique d'une zone humide riparienne : cas du marais de Jarcy (Essonne, France)

21/02/2023 14:00

Les zones humides ripariennes sont des environnements au potentiel écologique important que ce soit dans le maintien de la biodiversité, de la qualité des cours d’eau qui les longent ou encore comme réservoirs de carbone. Parmi la typologie de ces environnements très diversifiés, les tourbières sont des milieux fragiles qui reposent sur l’équilibre entre conditions hydrologiques saturées en eau et production primaire importante. Des variations de niveaux d’eau répétées et importantes peuvent être à l’origine de leur transformation. L’objectif principal de cette thèse est de comprendre le fonctionnement hydrologique de ce type d’environnement particulier, à l’échelle d’un site pilote présentant de fortes variations piézométriques saisonnières, et d’en comprendre les implications sur les cycles biogéochimiques. L’approche développée dans ce travail pour répondre à cette problématique est multidisciplinaire : suivi piézométrique à haute fréquence (10 min) sur un réseau constitué d’une dizaine de puits d’observation installés de façon distribuée sur les 4,6 ha de la zone humide, campagnes de prélèvements géochimiques bimestriels sur ces ouvrages pour analyse des ions majeurs, des isotopes stables de l’eau et des sulfates, prospections géophysiques par tomographie de résistivité électrique, analyse d’échantillons non-remaniés issus de carottages, et enfin modélisation hydrologique sur un transect 2D à l’aide du code HydroGeoSphere (HGS).

Le couplage de ces différentes méthodes a permis de comprendre les processus qui pilotent les dynamiques de nappes observées sur le site : elles ont pour moteur le cycle annuel de croissance intensive de la végétation entre juin et octobre, et sont contrôlées par des apports d’eau latéraux provenant notamment de la rivière et circulant rapidement dans une couche de surface caractérisée par une forte conductivité hydraulique. Ces dynamiques sont à l’origine d’une transformation pédologique de la zone de battement de nappe par la stimulation des processus de dégradation de la matière organique, qui a pour effet l’augmentation de la minéralisation des eaux souterraines, et participe à la distinction de deux horizons aux propriétés très différentes. Les niveaux piézométriques en basses eaux jouent ainsi le rôle de frontière à la fois pédologique, hydrologique et géochimique.

Analyse de données et modélisation méso-échelle des nuages de CO2 dans les nuits polaires martiennes

31/01/2023 14:00

Les nuages de glace de CO₂ troposphériques sont des objets particulièrement intéressants : d’un côté il s’agit de rares cas de condensation du composant atmosphérique majoritaire, de l’autre, la proximité de la surface implique des interactions saisonnières tout au long de l’année. Ces interactions sont à la fois les changements d’état par condensation/sublimation au niveau des calottes polaires, mais aussi des échanges directs d’aérosols avec la surface, comme le soulèvement de grains de poussière qui servent de noyaux de condensation. Ces nuages jouent un rôle primordial dans l’évolution du climat martien de par leurs effets radiatifs, il est donc important d’être en mesure de modéliser correctement leur formation et leur dynamique. La dynamique des nuages troposphériques implique notamment un potentiel convectif qui n’a jusque là jamais été étudié par un modèle résolvant la convection.

Dans un premier temps, notre étude se porte sur les observations d’aérosols dans la troposphère. Puisque les missions ayant récoltées des observations de nuages polaires de glace de CO₂ dans la très basse atmosphère ne sont pas nombreuses, il est crucial de développer des méthodes numériques qui permettront de récupérer la plupart des détections. Il a été montré que l’altimètre MOLA, ayant opéré à bord de la sonde Mars Global Surveyor, a observé des structures d’aérosols dans la troposphère, notamment des nuages de glace de CO₂, lors de sa mission de cartographie de la topographie de la surface martienne.

Les études précédentes du jeu de données ont été confronté à la difficulté que représente le nombre d’observations et nous montrons qu’avoir recours à des méthodes de machine learning de type clustering permet d’extraire bien plus de détections. Nos résultats sont ensuite comparés aux observations d’autres missions ayant fourni des informations sur les cycles des aérosols pour tirer des conclusions
sur la composition des structures atmosphériques. Nous retrouvons la plupart des phénomènes
atmosphériques récurrents tout en apportant des observations complémentaires, ce qui permet
de dresser une climatologie plus complète.

Dans certains cas, il est difficile de déduire la composition de certaines structures du fait de la corrélation entre les différents cycles. En particulier, les processus de formation et la dynamique des nuages de glace de CO₂ font également intervenir la poussière et la glace d’eau. Ces nuages ont un potentiel convectif qui n’a jamais été étudié par un modèle capable de résoudre la convection. Nous utilisons donc une version méso-échelle du modèle de climat global du LMD dont la résolution permet de résoudre les grandes turbulences responsables des transferts de chaleur, pour étudier la formation et la convection éventuelle des nuages de glace de CO₂ dans les nuits polaires.

Grâce au couplage récent d’un modèle microphysique des nuages de glace de CO₂ à ce modèle, nous montrons avec des simulations idéalisées dans la nuit polaire qu’une faible perturbation en température, pouvant être causée par la propagation d’ondes de gravité, suffit à permettre la formation d’un nuage. La convection de ce nuage se fait en plusieurs étapes et nous déterminions la sensibilité de celle-ci à la température de la perturbation initiale mais aussi aux conditions atmosphériques (poussière disponible et vents horizontaux).

Il en résulte que la formation du nuage et sa convection se déroulent sur des échelles de temps très courtes de l’ordre de la dizaine de minutes. Les nuages atteignent une altitude maximale, la convection ne semble donc pas pouvoir expliquer des observations au delà d’une certaine altitude. Les simulations réalisées par ce modèle sont idéalisées et de nombreuses perspectives sont évoquées pour éventuellement améliorer les résultats obtenus.

Abstract

Tropospheric CO₂ ice clouds on Mars are atmospheric features of a big interest : on the one hand they represent a rare occurence of major atmospheric component condensing, on the other hand the proximity of the surface implies seasonal interactions throughout the whole martian year. Those interactions consist of changes of state by condensation/sublimation at the polar caps but also of aerosol exchange with the surface, such as lifted dust that can then serve as condensation nuclei. These clouds play a primordial role in the evolution of the martian climate through their radiative effects. Therefore, being able to correctly model both their formation and dynamics seems to be crucial. In particular, the dynamics of CO₂ ice clouds in the troposphere includes convective potential yet to be studied by models that have the capacity of resolving convective motions.

In a first part, our work is focused on observations of aerosols in the troposphere. Since there are few missions that have been able to provide observations of polar CO₂ ice clouds in the lowest layers of the martian atmosphere, developing numerical methods that can acquire as many detections as possible from the data is crucial. The altimeter MOLA that operated onboard the Mars Global Surveyor probe has been shown to be able to observe aerosol structures in the troposphere, including CO₂ ice clouds, during its mission of mapping the topography of the martian surface. Previous studies were limited by the vast amount of data so we will show that using machine learning algorithms, and in particular clustering methods, allows acquiring substantially more detections from the dataset. We then compare our results to other missions that also provided information on aerosol cycles in the atmosphere to conclude on the composition of detected atmospheric structures. Most of the recurrent atmospheric phenomena can be observed in our results. In addition, they provide complementary observations for building a complete climatology of the period.

For some cases, it may be hard to arrive at a clear conclusion on the composition of an atmospheric structure because of the tight correlation between the cycles of the three main aerosols. In particular, both dust and water ice intervene in the process of formation of CO₂ ice clouds. No studies of the convective potential of these clouds have been made by an atmospheric model that would be able to solve convection. That is why we use the mesoscale version of the Martian Global Climate Model from LMD, whose resolution allows resolving the large eddies that are responsible for most of the heat transfer and study the formation and the possible convection of CO₂ ice clouds in the polar night.

Thanks to the recent coupling of a microphysical model of CO₂ ice clouds in the climate model, we show through idealised simulations that a low temperature perturbation, which could be caused by the propagation of gravity waves, is sufficient for the formation of a cloud. Cloud convection builds up in several steps and we determine the sensitivity of convection to the temperature of the initial perturbation and to atmospheric conditions (initial profiles of available dust and horizontal winds). Both cloud
formation and convection occur on very short timescales, of the order of ten minutes. Clouds reach a maximum altitude, meaning that convection can not explain observations of CO₂ ice clouds above a certain altitude. Since simulations made with this model are idealised, we propose some perspectives on how to improve our results.