Les infrastructures vertes multifonctionnelles en Île-de-France : de la connaissance à l'action

06/03/2025 09:00

La sobriété dans nos métiers. Vers un positionnement IPSL ?

13/02/2025 09:00

Gaz à effet de serre et finance verte

06/02/2025 09:00

Buried Subsurface Water Ice on Mars: Unlocking the Planet's Climate History

04/02/2025 11:30

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Combining physics and machine learning in hybrid climate models

31/01/2025 11:00

Webinaire TRACCS.

Marchés du carbone et compensations, des négociations globales au terrain local

24/01/2025 14:00

Nouvelle séance du séminaire « Changement Climatique : Sciences, Sociétés, Politique » co-organisé par le Centre Alexandre-Koyré (EHESS-CNRS) et l’ENS (CERES).

Observation et modélisation des événements de pollution au Chili

30/09/2021 14:00

Le Chili est fréquemment confronté à d’importants pics de pollution atmosphérique, notamment dans sa région centrale qui comprend la capitale, Santiago, et ses 7 millions d’habitants. Cette pollution est principalement d’origine anthropique (trafic, industrie, chauffage résidentiel) mais possède également une composante naturelle (poussières désertiques, sels marins, feux de forêt). Les concentrations atmosphériques élevées de polluants relevées dans cette région du monde, induisent à la fois à des problématiques de santé publique mais également environnementales et climatiques, en lien notamment avec la présence de glaciers de la cordillère des Andes à proximité des zones urbaines.

Malgré la criticité de la pollution de l’air au Chili, la région reste peu étudiée, en particulier du point de vue de la modélisation atmosphérique, du fait d’une complexité géographique atypique. Dans ce cadre, les travaux conduits dans cette thèse combinent l’analyse de données observées (localement et par satellite) et la modélisation de chimie-transport avec le modèle WRF-CHIMERE, dans le but d’étendre les connaissances relatives aux sources et impacts de la pollution de l’air au Chili.

Plus spécifiquement, les questions scientifiques originales suivantes sont étudiées : quelles sont les trajectoires de transport de polluants à l’échelle régionale en été et en hiver ? Quelle est la contribution du transport longue distance à la qualité de l’air de Santiago ? Peut-on quantifier les impacts sur l’atmosphère des incendies records de l’été 2017 ? Quelle source de pollution explique les pics extrêmes de particules fines observés lors d’hivers récents ? Comment les émissions de carbone suie de Santiago s’exportent-elles vers les glaciers des Andes, et dans quelles proportions s’y déposent-elles ? La magnitude de ce dépôt et le processus de transport sous-jacent évoluent-il avec les saisons ?

La soutenance sera retransmise en direct : https://www.youtube.com/channel/UCOI3693AUxU_c-Pzwnc9bUA/live

Évaluation d'outils de traitement et d'interprétation en prévision des opérations Martiennes du Radar à Pénétration de sol WISDOM/ExoMars

21/09/2021 14:00

À partir de l’été 2023, le rover Rosalind Franklin de la mission ExoMars 2022 (ESA/ROSCOSMOS) recherchera à l’aide d’une foreuse de potentielles traces de vie, passées ou présentes, dans les 2 premiers mètres du sous-sol martien, là où les échantillons collectés pourraient avoir été protégés des conditions inhospitalières de la surface. Dans le but d’offrir un aperçu de la structure et de la composition de la proche sous-surface avant toute opération de forage et d’aider à reconstituer le contexte géologique du site d’atterrissage du rover, l’un des 9 instruments à bord de Rosalind Franklin est un radar à pénétration de sol (ou GPR pour Ground Penetrating Radar) : WISDOM (Water Ice and Subsurface Deposits Observation on Mars). WISDOM sondera les premiers mètres du sous-sol martien avec une résolution verticale centimétrique. Cette thèse a été dédiée à la mise en place d’une chaine de traitement et d’interprétation des données de WISDOM destinée à optimiser la qualité et lisibilité de ses futures observations sur Mars.

Les données de WISDOM se présentent sous forme de « radargrammes » qui donnent l’amplitude des signaux reçus (après réflexion/diffusion sur des structures enfouies) en fonction de leur temps d’arrivée. La conversion de ces temps d’arrivée en distances requiert la connaissance de la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques dans le sous-sol, qui elle-même est liée à la permittivité diélectrique du sol. Dans le cas de WISDOM, cette dernière peut être estimée à partir de l’intensité de l’écho de surface ou de la forme des courbes de diffraction provenant de réflecteurs ponctuels enfouis. Les antennes de WISDOM n’étant pas plaquées au sol (contrairement à celles de la majorité des GPR), cette seconde méthode d’estimation doit tenir compte de la réfraction des signaux du radar à la surface, qui a un impact sur la forme des courbes et donc l’estimation de la permittivité. Durant cette thèse, une chaîne automatique de détection et de caractérisation des courbes de diffraction tenant compte de la réfraction à la surface, a été développée et validée, garantissant la possibilité d’exprimer les radargrammes WISDOM en fonction de la distance.

Cette thèse s’est aussi attachée à améliorer la résolution verticale (en distance/profondeur) des radargrammes de WISDOM. L’instrument opère sur une large bande de fréquences, ce qui lui assure déjà une résolution en distance de quelques cm dans le sous-sol. Une technique dite de super-résolution, fondée sur l’« Extrapolation de largeur de bande » (BWE), a été testée et implémentée dans la chaîne de traitement des données WISDOM. Il a été montré que cette technique permet d’améliorer la résolution en distance d’un facteur 3. Une telle amélioration de la résolution revêt un intérêt évident pour l’interprétation des futurs radargrammes WISDOM ; des échos avant impossible à séparer le sont à présent. De potentielles améliorations de la BWE, tirant par exemple partie des capacité polarimétriques de WISDOM, ont aussi été explorées.

Les outils mis en place pendant cette thèse ont été systématique validés sur des données aussi bien synthétiques (analytiques ou numériques) qu’expérimentales acquises sur Terre avec des répliques de l’instrument (en laboratoire ou sur site naturel). Deux campagnes de mesures ont d’ailleurs été organisées durant cette thèse (dans le désert d’Atacama au Chili et à l’Université Technique de Dresden (TUD)), fournissant des observations sur lesquelles tester les chaînes de traitement et d’interprétation WISDOM pour préparer au mieux les futures opérations martiennes.

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La soutenance de thèse, encadrée par V. Ciarletti et A. Le Gall au LATMOS, aura lieu dans la salle des thèses de l’université de Versailles Saint-Quentin (bâtiment d’Alembert, 2^e étage, 5-7 Boulevard d’Alembert, Guyancourt).

Voici le lien pour la suivre en visio : https://youtu.be/ETSCXIuokgM

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From summer 2023, the Rosalind Franklin rover of the ExoMars 2022 mission (ESA/ROSCOSMOS) will seek out past or present traces of life down to 2 m in the Martian subsurface with a drill, where collected samples could have been shielded from the harsh conditions of the surface. In order to give an insight into the structure and composition of the shallow subsurface prior to any drilling operations, and to provide clues on the geological context of the rover landing site, one of the 9 instruments onboard Rosalind Franklin is a Ground Penetrating Radar (GPR): WISDOM (Water Ice and Subsurface Deposits Observation on Mars). WISDOM will sound the first meters of the Martian shallow subsurface with a vertical resolution of a few cm. This thesis was dedicated to the assessment and implementation of new and sophisticated tools in the processing and interpretation chain of the WISDOM data, enhancing the quality and readability of future Martian observations.

Data acquired by WISDOM consist in “radargrams”, displaying the amplitude of received signals (after reflection/scattering on subsurface structures) as a function of their time delays. Converting these time delays into distances requires the knowledge of the propagation speed of electromagnetic waves in the subsurface, which is linked to the dielectric permittivity of this subsurface. In the case of WISDOM, this property can be estimated from the surface echo intensity or from the shape of diffraction curves from scatter points buried in the subsurface. Since, unlike most GPR, WISDOM antennas are not directly on the ground, the latter method must account for the refraction of radar signals at the surface, which impacts the shape of the curves and thus the permittivity estimation. During this thesis, an automated tool of detection and characterization of diffraction curves was developed and validated, guarantying the display of radargrams as a function of distance.

This thesis also focused on the enhancement of the vertical resolution (in range/depth) of WISDOM radargrams. The instrument operating on a large frequency bandwidth, a resolution of a few cm in the subsurface is already assured. A super-resolution technique based on the “Bandwidth Extrapolation” (BWE) was tested and implemented to the WISDOM data processing chain. This resulted in an improvement of the range resolution by a factor of 3. Such improvement has numerous positive implications on the interpretation of future WISDOM radargrams; echoes before impossible to separate can be now discriminated. Potential improvements of the BWE, exploiting for instance the polarimetric capabilities of WISDOM were also explored.

Tools implemented during this thesis were systematically validated on both synthetic (analytical or simulated) and experimental data acquired on Earth with replicas of WISDOM instrument (in laboratory or natural environments). Two field campaigns were organised in the frame of this thesis (in the Desert of Atacama and at the Technical University of Dresden (TUD)), providing interesting datasets to validate the WISDOM processing and interpretation chains on, in preparation of future Martian operations.

Role of Southern Ocean sea ice on deep ocean circulation and carbon cycle at the Last Glacial Maximum

27/09/2021 14:00

Compared to the present-day climate, the cold period of the Last Glacial Maximum was characterized by an expanded sea-ice cover in the Southern Ocean, a shoaled Atlantic deep ocean circulation and a lower atmospheric CO₂ concentration. These changes are well-documented by indirect observations but difficult to represent in simulations of climate models.

Indeed, these models tend to simulate a too high atmospheric CO₂ concentration, a too deep Atlantic deep ocean circulation, and a sea-ice cover with a too circular distribution in the Southern Ocean and a too small winter extent and seasonal amplitude. The model-data discrepancies observed at the Last Glacial Maximum call into question the model representation of some important climate processes.

Several studies have underlined the crucial role of the Southern Ocean sea ice on ocean carbon storage capacity and deep circulation. I have therefore focussed on this region to improve our understanding of the processes associated with this storage. Thanks to simulations performed with the Earth System Model iLOVECLIM, I have demonstrated that the uncertainties related to ice sheet reconstructions have a limited impact on the variables examined in this study.

In contrast, other choices of boundary conditions (influencing the ocean volume and alkalinity adjustment) can yield large changes of carbon sequestration in the ocean. I also show that a simple parameterization of the sinking of brines consequent to sea-ice formation significantly improves the simulated Southern Ocean sea ice, deep ocean circulation and atmospheric CO₂ concentration.

A set of simulations including the effects of diverse ocean parameterizations is used to show that the too deep ocean circulation simulated by our model cannot be attributed to an insufficient sea-ice cover, whereas convection processes in the Southern Ocean seem crucial to improve both the Southern Ocean sea ice, the deep ocean circulation and the atmospheric CO₂ concentration at the Last Glacial Maximum.

Informations pratiques

La soutenance de thèse aura lieu en présentiel au LSCE (salle 118, accès restreint), en ligne par visioconférence. Lien public pour obtenir l’accès à la salle virtuelle de soutenance : https://cnrs.zoom.us/j/98214083691

ID de réunion : 982 1408 3691

Code secret : 7RRRjc